10億攝氏度是一個什麼概念?探尋溫度的極限


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10億攝氏度是一個什麼概念?探尋溫度的極限

每年夏季,地球的溫度都會達到全年最高,因為這是一個非常熱的季節,而且根據近些年來全球變暖的不斷加劇,所以夏天普遍溫度可能都在40攝氏度以上,在如此高的溫度下,一般我們都會選擇閉門不出吹空調。對於人類來說,40攝氏度的高溫都是一種煎熬,那你能想像到10億攝氏度是一個什麼概念嗎?光看數字,10億度可是一個相當高的溫度,在生活中我們一般是不可能會接觸到這樣高的溫度的。

先來看一下溫度的概念。

冷和熱是我們最經常接觸的兩種感覺,而從宏觀上來看,溫度就是用來表示物體冷熱程度的物理量,但是往微觀上看,物體之所以會有熱量,主要是因為組成物體各種微粒之間的熱運動,所以溫度在本質上是表示微觀粒子熱運動的劇烈程度。

我們可以通過一些物理狀態來了解溫度,比如在一個標準大氣壓的環境下,水在0攝氏度時會變為固態,在0-100攝氏度之間就是液態,在100攝氏度以上水就會發生氣化,變成氣態;

再比如金屬鉛在超過400攝氏度的環境下就會融化。在日常生活中,溫度也隨處可見,室內溫度一般為20-25攝氏度,洗澡的水溫度為35-39攝氏度,還有我們人類是恆溫動物,體溫大約保持在37攝氏度左右……

那麼10億攝氏度是一個什麼概念呢?

太陽的表面溫度大約為6000攝氏度,而太陽的核心溫度大約為1500萬攝氏度,這樣看來10億度的溫度真是太高了,連太陽的溫度都沒有它高,極有可能都不存在。

但是上面已經說了,溫度的本質就是微觀粒子運動的劇烈程度,而微觀粒子的運動越劇烈,其產生的動能就越大,在宏觀上所表現出的溫度也就會越高,可以認為微觀粒子的運動如果一直劇烈下去的話,那麼它的溫度也就可以一直上升,因此10億攝氏度的高溫理論上是存在的,只是在日常的生活中,我們接觸不到這樣的溫度。

其實從人類現在的技術上來看,我們已經可以創造出超高的溫度,比如在1994年5月27日,美國新澤西州普林斯頓等離子物理實驗室中,利用氘和氚的等離子混合體創造出了5.1億攝氏度的高溫,還有2012年的時候我們更是創造出了5.5萬億攝氏度的高溫,雖然距離10萬億攝氏度還有一定的距離,但這是由人類創造出來的最高溫。

而對於10萬億攝氏度,科學家們認為,只有在很少部分的恆星內部能夠達到這樣高溫的,比如演化到末期的白矮星或者是中子星內部,而且在中子星的核心處溫度都有可能達到100億攝氏度以上。

宇宙最高溫度——普朗克溫度。

宇宙的最高溫度是138億年前宇宙大爆炸開始之後第一個普朗克時間(即5.4×10^-44秒,這是目前我們公認的最小時間間隔)內的宇宙溫度,在大爆炸發生的一個普朗克時間內,宇宙的尺度可以認為是0,而且這個時候宇宙非常緻密,所有的物質都聚集在一起,此時的溫度對應的就是宇宙最高溫度,數值為1.42×10^32攝氏度,即1.4億億億億攝氏度,只是後來隨著宇宙的劇烈膨脹,宇宙的溫度也隨著空間的膨脹逐漸降低了。

最低溫度——絕對零度。

宇宙內的一切物質都是由原子、分子或者離子所組成的,而科學家們把物質內部粒子完全靜止時所表現出來的溫度定義為絕對零度(-273.15攝氏度),即宇宙最低溫度。

但根據相對論和量子力學,宇宙中是不存在絕對的靜止狀態,因為物質是由粒子構成,由熱力學第三定律,粒子在永不停息地做無規則的熱運動,所以任何物質的溫度都不可能達到絕對零度,絕對零度只是一個理論值。

其實按道理來說,人類的實驗很難製造出10萬億度,因為這是上萬億度的高溫本身已經非常恐怖了,而且到目前為止也沒有什麼材料能夠承受這麼高的高溫。