人类为什么能创造10万亿度高温,但为什么无法突破绝对零度呢?

如题所述

温度对于我们来说看不见摸不着的,因此依靠自身无法来对其进行精确的描述,但我们却可以根据温度变化情况来决定的我们的穿衣打扮,温度高,那就是热;温度低,那就是冷,这是生活中的常识。


温度的本质是什么?

从宏观上的简单理解,就是一个用来表示物体冷热程度的物理量,如果有两盆水,温度分别是0摄氏度,40摄氏度。

当你先把手放到0度的水中之后,再把手放到40度的水中,你会很明显的发现第一盆水是冷的,第二盆水是热的,所以温度就是冷和热两个概念。


但从微观上来理解,温度是用来表示物体分子热运动的剧烈程度,可以说温度是由物体分子热运动而产生的,如果分子的热运动越剧烈,物体的温度就越高,而分子这种微观运动的剧烈程度就决定了物质温度的高低,总而言之温度就是物体分子间的平均动能的表现(这里需要注意的是平均动能,而不是单个或多个分子,因为在单个分子内不存在温度)。


根据科学家们研究发现,目前地球上的最高温是位于地球的内核,温度高达6000摄氏度以上,比太阳的表面温度还要高,这主要是因为在地球内部存在着巨大的压力,而在这种高压下,物质的温度也随之增高。


但如果在太阳系内比较的话,这个温度就不算高了,因为温度最高的是太阳,太阳的内核温度直接高达2000万摄氏度。

虽然太阳的内核温度可以达到2000万摄氏度,但是在广袤无垠的宇宙中还存在着比太阳更大的恒星和星球,而恒星的质量越大温度也就越高,因此这些恒星温度很可能比太阳高得多,于是科学家们就认为温度没有上限。


那么温度有上限吗?

首先温度的本质是粒子的热运动剧烈程度,而粒子的运动则会产生动能,说白了的话就是温度的变化也就是动能的变化。由狭义相对论可以得到,动能会随着速度趋近于光速而变得无穷大,但这并不意味着温度就没有上限了。


粒子的热运动剧烈程度产生的动能,其上限就是光速,因此并不可以说温度是无穷升高度。

而科学家将温度的上限值称为普朗克温度,它的值超出了我的的想象,不过这样的高温在现实生活中不可能再出现了,因为宇宙中可能只有138亿年奇点发生大爆炸的瞬间才达到了这个温度。


宇宙最高温度。

宇宙大爆炸是当今宇宙起源的主流理论,也广泛的被天文物理学家们所认同,同时也有星体红移现象和宇宙微波背景辐射等天文观测证据所支持的。


大爆炸理论认为,宇宙在最初的时候只是一个奇点,理论上这个奇点是没有空间的,也就是说其宇宙半径尺寸趋近于零,但它却是一个密度无限大,温度无限高,体积无限小的一个“点”,所以奇点爆炸的那个时刻被认为是宇宙出现以来温度最高的一个时刻,在量子物理学中,这个温度被称为普朗克温度。


普朗克温度指的是宇宙大爆炸开始的第1个普朗克时间中宇宙的温度,达到了1.416833(85) × 10的32次方K,也就是大约1.4亿亿亿亿度,这也是目前理论上推测出的宇宙最高温度。

关于最低温度的定义数值为—273.15摄氏度,即最低温度的极限,也被称为绝对零度,因此-273.15℃就是热力学当中的绝对零度。



绝对零度的发现

在16世纪末,法国物理学家阿蒙顿发现,在水的沸点以下,温度与气体的压力成正比。他认为压强的下降是有极限的,因此温度也是有下限的,通过计算他认为温度的下限是—246℃。


后来科学家们还发现,气体的体积与压力和温度有关,当压力增大或温度降低时,气体体积就缩小。于是到了1787年,法国物理学家查尔斯把它写成了一条定律:对于一定质量的气体,压强是恒定的,温度每下降1℃,气体的体积就缩小到0℃时体积的1/273,因此就认为最低温度为—273.15摄氏度,即绝对零度。


但是根据热力学的第三定律,绝对零度是不可能达到的。

为什么达不到绝对零度?

根据温度的实质,粒子的热运动产生了动能,动能的变化与温度的变化是呈现正比关系的,通过上面的描述,当这些粒子完全不动,处于静止状态的时候,那不对应的就是最低温度吗?

虽然这看起来很符合,但这其实是错的。随着上世纪量子力学的发展,我们知道微观粒子是具有波粒二象性的,描述了微观粒子的行为是和宏观完全不同的,是具有不是确定性以及概率性的。


因此,微观粒子不可能完全停在某个位置上,也就是说粒子的运动不可能完全停止,因此温度自然也不可能下降到绝对零度。其实绝对零度就和光速一样(科学家通过粒子加速器对粒子加速的时候,粒子的速度可以达到99.999%光速,可就是无法实现光速) 只能无限接近但永远无法达到。

因此,绝对零度就是宇宙的最低温度,在宇宙内的所有温度都会高于绝对零度。

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第1个回答  2020-09-19

所有物质都是由粒子构成的,不管是桌子电脑,还是你我的身体。粒子一刻不停地振动,振动得快,温度就升高,物质就变热了;振动放慢,温度就降低,物质就变冷了。冷热代表的是物体中所有粒子振动的动能,我们可以用温度来衡量。如果粒子不振动了,那么温度就是最低的了,粒子都不存在了,温度就是最高了。这就是我们这个宇宙中的最低和最高温度。如果我们能一直减慢一个粒子的振动,直到它停止下来,那么这个时候就会得到一个最低温度,根据科学家们的计算,这个温度是零下273.15度,也就是绝对零度。

然而根据量子力学的观点,粒子的动量和位置不可能同时确定,这就意味着粒子的振动不可能完全停下来,所以在这个宇宙中绝对零度只可无限逼近,但永远也无法达到。然而,这个宇宙中的最高温度是什么呢?宇宙中究竟有没有最高温度呢?我估计绝大多数人是不知道的。粒子是宇宙大爆炸产生的,宇宙大爆炸那一刻温度极高,当温度降下来时,能量便凝聚成了基本粒子,之后形成原子、分子,坍缩成星系、恒星,便有了我们现今的宇宙。

所以粒子振动得越来越厉害,温度就会越来越高,逆向回到宇宙大爆炸的初始时刻。那么你就应该知道了,粒子所能达到的最高温度,就是宇宙大爆炸那一刻的温度,超过那一刻,就进入了量子引力的范畴,而我们目前并没有完备的量子引力理论,所以现代物理学将在这一刻失效,我们无法再知道会发生什么,当然也就无从知道还有没有比这更高的温度。那么这个最高温度究竟有多高呢?

温度升高,物体就会发光,光的波长可以根据它的温度来计算。这个宇宙中最小的尺度是普朗克长度,如果一个物体发出的光的波长小到普朗克长度,它就无法再小下去了,再小就进入量子引力的范畴了,前面已说了,现代物理学将在这一刻失效,我们无从知道会发生些什么。所以这时候的温度就是它能达到的最高温度,也就是宇宙大爆炸那一刻的温度——普朗克温度。

第2个回答  2019-10-02

四季交替,人们除了能够感受到季节在更替,最直观的感受就是温度的变化了,那么,温度究竟是什么呢?人类为何可以感受到它的存在。


温度是看不见摸不着的,但人类是恒温动物,这也意味着,即使是一点点的温度变化,人们都可以感觉到,不过,一个物体内在温度的上升或是下降,人们是无法用肉眼观察到的。

而据科学家研究,温度其实就是指物体中粒子运动的物理量,它取决于物体原子、分子等粒子的动能。简而言之,一个物体温度的高低,是可以根据这个物体内部原子的活动得出结论的,如果一个物体的原子运动得越剧烈,那么这个物体的温度也就越高,反之,则越低。

那么,温度为什么会有上限或者下限呢?目前人类可以制造出来的最高温度是10万亿度,这是由全世界最大的欧洲强子对撞机在粒子的对撞中所生成的温度,但是,这还不是温度的极限。地球内核的温度为6800度左右,而太阳的表面温度超过5700度,其内部的温度就更高了,甚至可以达到2万度以上。

不过,科学家在对天体的研究中发现,无论是地球亦或是太阳的温度,都不是最高的温度,相比之下,中子星撞击的瞬间所产生的温度,以及黑洞在吸积时的温度,都比人类想象中的要高得多。

而据了解,最低的温度也被称为绝对零度,为零下273.15摄氏度,那么,为什么温度有下限却没有上限之说呢?其实,温度的高低与原子的活动有关,而绝对零度指的是分子运动得非常缓慢,几乎处于静止的状态了,但实际上,分子是不可能完全静止的,而绝对零度只是一个概念而已,人们无法达到或是超过绝对零度的概念。

同理,温度其实也不存在上限的说法,因为分子的运动就算再剧烈,也是存在一定的限度的,而就科学家所言,普朗克温度其实就是温度的上限了。

第3个回答  2019-10-01
人类能创造10万亿度高温,但无法突破绝对零度,绝对零度是非常寒冷的条件。
第4个回答  2019-10-01
从物理学角度出发,绝对零度是非常寒冷的条件,目前的科学技术还没有达到能够突破绝对零度的程度。
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