零下一千攝氏度的低溫出現(xiàn)在地球上,那肯定要比2012凍住帝國大廈的寒流威力要大得多!會(huì)是怎樣嗎?其實(shí)可能并不是這樣,因?yàn)榱阆?000攝氏度的溫度并不存在!宇宙中能夠達(dá)到的最低溫度也只有-273.15℃,也許吃瓜群眾會(huì)很好奇,為什么存在上千萬甚至上億度的高溫,卻沒有-1000℃?
一、什么是溫度?
宏觀上溫度就是表現(xiàn)物體冷熱程度的度量,是一個(gè)名詞!但在微觀上衡量物質(zhì)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的指標(biāo),也許用動(dòng)詞來定義它似乎更準(zhǔn)確一些!
微觀粒子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度表示了物體溫度高低的差異,比如我們被開水燙傷是因?yàn)閯×疫\(yùn)動(dòng)的水分子撞擊在人體表面,并且將能量釋放在皮膚上,才導(dǎo)致我們燙傷!這是高溫,看起來似乎沒有上限?我們等下再討論。
二、最低溫度在多少?
事實(shí)上低溫卻有一個(gè)下限,因?yàn)樽畹偷臏囟纫矁H僅是讓微觀粒子不運(yùn)動(dòng),那么物質(zhì)粒子不運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出的溫度是多少呢?-273.15℃,但這只是一個(gè)計(jì)算溫度,而非實(shí)際存在的溫度!
根據(jù)查理定律或者蓋-呂薩克定律,我們可以計(jì)算出這個(gè)微觀粒子絕對(duì)停止時(shí)的溫度為-273.15 ℃,熱力學(xué)中將絕對(duì)零度定義為0K!因此從理論上來看,低于這個(gè)溫度似乎不可能的,粒子都停止運(yùn)動(dòng)了,沒有什么現(xiàn)象比停止運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)的宏觀溫度更低!
為什么要計(jì)算才能得到絕對(duì)零度?因?yàn)槲⒂^粒子的熱運(yùn)動(dòng)始終存在,即使到宇宙的熱寂時(shí)代,也只能無限接近絕對(duì)零度,卻不能到達(dá)絕對(duì)零度!而在海森堡不確定性原理的條件下,微觀粒子的位置和動(dòng)量均已確定,因此到達(dá)絕對(duì)零度只是一個(gè)夢!
上圖是激光制冷原理,一個(gè)比較有意思的話題,既然微觀粒子在不運(yùn)動(dòng)時(shí)候?qū)?huì)達(dá)到最低溫度,那么我們用多束激光來囚禁原子,使其達(dá)到相對(duì)“靜止”狀態(tài)!那么此時(shí)就是宇宙中最低的溫度!
三、宇宙中最低的溫度
2018年5月21日,一艘攜帶了OA-9設(shè)備的天鵝座飛船的軌道ATK Antares火箭從美國宇航局瓦洛普斯基地發(fā)射升空,為國際空間站送去了冷原子云研究設(shè)備,制造出了宇宙中最低的溫度:-273.1499999999 ℃!但這仍然是一個(gè)高于絕對(duì)零度的溫度!
玻色-愛因斯坦凝聚體,當(dāng)然在地球上也能制造,但由于引力影響以很快的速度解體,存在的時(shí)間只有幾分之一秒,但在國際空間站的微重力環(huán)境中可以留存超過10S,得以長時(shí)間的觀測與研究玻色-愛因斯坦凝聚體!
當(dāng)?shù)厍蜻_(dá)到-1000℃,不對(duì),是-273.15℃,那么可以想象一下的是無論什么東西都將結(jié)冰,但您不要認(rèn)為可能看到一個(gè)白色的地球,而是黑色.......因?yàn)閺睦碚撋蟻砜矗幵诮^對(duì)零度下的物質(zhì)的電子已經(jīng)“靜止”,它將無法輻射任何波段的電磁波,因此它會(huì)成為一個(gè)黑體,但一旦受到光照輻射,它就會(huì)吸收能量,打破這個(gè)平衡,也許是-273.14℃,也許是-273.13℃,它可以達(dá)到這個(gè)以上任何溫度!
四、宇宙中最高的溫度
那么宇宙中有無限高的溫度嗎?沒有,它也有一個(gè)上限,而傳說中將質(zhì)量轉(zhuǎn)換為一團(tuán)能量的溫度則是哈格多恩溫度之上的某個(gè)溫度,也就是夸克膠子等離子體的相變溫度!
那么宇宙中高溫的上限在哪里呢?當(dāng)然是宇宙大爆炸第一瞬間的溫度了!也就是傳說中的普朗克溫度!
這個(gè)溫度有點(diǎn)高,不太念得出來啊,有興趣的朋友可以嘗試著念一下這個(gè)溫度哈!
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