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为什么宇宙最低温是-273.15度?最高温几亿亿亿度?

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为什么宇宙最低温度是-273.15度?最高温度是多少亿亿度?.html在我们的日常生活中,如果我们提到感受,我们可能首先想到的是味觉、嗅觉、触觉、感觉、情感等。等等,这些也是我们的最直观的,但还有一种感觉,无论我们是醒着还是睡着,无论我们是否在移动,周围是否有人和气味,我们都会感觉到,那就是温度

因为温度无处不在我们太习惯了,所以我们可能会经常忽略自己对温度的感受,但是别忘了,这种感觉是无处不在的,因为我们人类是恒温动物,我们的身体常年都保持在36.5摄氏度左右。

冬天的时候,妈妈总是催促我们穿秋裤,因为怕我们着凉,有些人忍不住觉得天冷得“冻成这样”狗”,但在夏天,炎热的天气让我们动不动就“热得满头大汗”。这样的酷热让我们难以入睡,夏日傍晚需要在院子里乘凉。

这是最直接的温度感受。即使是刚出生的婴儿,在会说话的时候也会感受到温度。所以说到温度的时候,我们不禁会想:宇宙中最高温度和最低温度分别是多少?

虽然我们人类所能承受的温度非常有限,即使借助冷暖设备,人类也只能承受很小的温度范围。

当我们的手不小心碰到刚烧开的水时,我们甚至会不自觉地缩回手,因为太烫了。但是我们要知道,宇宙中的最高温度和最低温度,远远超过我们人类所能承受的温度范围,那么我们就来看看,宇宙的最高温度和最低温度分别是多少在,为什么这两个温度。

宇宙中最高温度和最低温度分别是多少?高温和低温是怎么来的?

宇宙中最高温度和最低温度分别是多少?先给出答案,再慢慢解释为什么会这样。宇宙中的最高温度也可以称为普朗克温度,就是1.42*10^32开尔文,这是什么概念,大致等同于1.4万亿万亿度

宇宙中的最低温度就是我们高中时学过的无限接近绝对零的温度,也就是-237.15摄氏度。看到这两个数字,人们不禁感到惊讶:为什么最高气温和最低气温差距这么大

我们平时烧开水,只有一百度,让我们觉得“太热了”,但是1.4后面跟着四亿字的概念,到底有多热呢?其实宇宙确实已经达到了最高温度,但还没有达到最低温度。大爆炸瞬间的温度一度达到了普朗克温度。

要讨论温度是如何产生的,就不得不提到Maxwell-Boltzmann分布。麦克斯韦-玻尔兹曼分布描述了恒温下微观粒子运动速度的分布概率,广泛应用于物理和化学领域。

我们在初中和高中的物理化学课上学过,宇宙万物都是由粒子构成的。而这些粒子,绝对不是静态的。事实上,它们的运动规律与我们通常所说的“无头苍蝇”颇为相似。

它们毫无规律地四处移动,如果单看一个粒子,我们根本无法用速度和范围来描述它的位置。粒子的运动被称为著名的“布朗运动”,因为它被一位名叫布朗粒子的科学家观察到,发现了不规则运动。

在任何宏观物理系统中,温度的概念都是系统中分子和原子运动的结果。例如,我们可以想象沸水的过程。由于水分子的剧烈运动,产生高温。

如果我们只看一个分子的速度和方向,我们根本找不到任何规律,但是如果我们把一束粒子想象成一个整体,它们之间的速度会因为碰撞而不断变化相互之间,的精妙之处在于这些粒子的运动速度可以找到一个规律,这个规律就是——一定范围内的粒子占所有粒子的比例不会改变。

了解了这个概念,就很容易理解高温和低温的产生了。所谓高温只是分子运动剧烈的结果,而相对较低的温度是分子运动不太剧烈的结果。

因此,温度的概念还有另外一个数字来描述它,那就是分子平均动能。分子平均动能与温度成正比,分子平均动能越大,温度越高;平均分子动能越小,温度越低。


宇宙最低温度,为什么达不到?

我们上面也提到温度无非就是分子运动,所以宇宙中能达到的最低温度就是绝对零的概念。认真想想,怎么可能达到绝对零

其实绝对零的值不是在到达的地方测出来的,然后我们计算出来的,而是通过函数推理得到的。

理论上来说,如果想要达到负273.15度的温度(也就是绝对零度),我们就得不断地减慢粒子的运动速度,直到它们完全停止运动,但是这是不可能的,因为按照量子力学的理论,一个粒子的动量和位置是不能同时确定的。用通俗的话来说,粒子不可能完全停止。所以,最低温度为负273.15度,完全是数学计算的结果。

那么这个值是如何计算出来的,才能达到这样的精度呢?要计算这个温度,我们首先要从一个定律说起,那就是盖吕萨克定律,它指出对于一定质量的气体,在压力一定的情况下,体积与热力学温度成正比,由此推导出公式PV/T=C,P代表压力,V代表体积,T代表温度,C为常数。如果做理想气体的V-T图,再把这条线反向延伸到与x轴的交点,一眼就可以看到绝对零位,也就是-273.15度.

人类发现的高温一步步上升到新的高度

如前所述,高温的产生是由于粒子的剧烈运动导致的,其动能比较高。面对高温,我们人类也有很多感受。

在炎热的夏天,周围空气中的分子运动相对比气温低时要快,而这种运动产生的动能是可以传递的,所以当我们人类吸收这种动能时,我们体内的分子身体,或者说皮肤表面的分子,也开始比平时相对“更快”地运动,所以我们会感觉到“热”

也许这个不太好理解,那我们就来看看,如果一个人用手指去接触开水,是一个什么样的过程。开水中的水分子受热运动非常剧烈,而一旦我们的手指接触到这些剧烈运动的水分子,它们就会迅速吸收它们的动能,使得我们手指上的分子运动程度迅速增加,然后刺激手上的神经。这个信号通过反射弧传到大脑,形成了我们认为的“热”的意识。

对我们来说,100摄氏度的开水就够热了。许多人觉得在60摄氏度以上的水中洗澡会热得受不了。才几千摄氏度。比如我们经常使用的金属材料铁,在1500摄氏度时会熔化成铁水,可以塑造成各种形状使用。

钨,熔点最高的金属之一,熔点只有3400度。这些温度可能和我们想象的一样高,但还有更高的温度。我们很难想象,在磁约束聚变的内部,连续反应温度可以达到一亿摄氏度的高温

这么高的温度难道是人类所能创造的最高温度吗?我们可能会这么想,但答案是否定的,因为在2010年,在美国纽约的国家实验室,曾经产生过4万亿度的高温。

之所以会产生如此高的温度,是因为科学家们使用重离子对撞机将两束金属离子加速,让它们发生碰撞。温度比太阳中心高25万倍

而在2012年,科学家更上一层楼,创造了5.5万亿度的高温!这么高的温度,让人不禁有些害怕。一旦这种反应不受限制,岂不是瞬间将地球烧毁?不过,我们实在是多虑了,因为虽然是极高的温度,但是热量很小,不足以点燃我们肉眼可见的任何物体。

宇宙最高温度存在吗?高温真的有上限吗?

因为科学家不断发现更高的温度,在物理实验室里,不断创造更高的温度和更高的数值,一次又一次地打破新的记录,所以在里面,科学家们认为没有上限温度

但是随着量子力学和相对论的不断发展,当代物理学家认为温度的概念其实是有一个上限的,而这个上限曾经在大砰瞬间就到了,温度就是上面说的普朗克温度。到现在为止,没有发现更高的温度

结论

宇宙中的最低温度似乎是经过数学计算出来的,大家一致认为这个温度是不可能达到的,但是至于宇宙中的最高温度,科学家们却分为两派以为。

就是我们上面说的,认为普朗克温度是宇宙中最高的温度,一旦这个温度超过这个温度,分子运动很快就会失效,就像我们说的绝对零,分子运动将完全停止。

不过,另一组科学家认为,宇宙的最高温度略低于普朗克温度,大约只有10^30开尔文

对于这两种说法,目前还没有足够的证据来说明哪一种是正确的,事实又是怎样呢?或许在不久的将来,随着科学的发展,相关物理学家会为我们提供更完整的答案

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