绝对零度只有-273.15度,为何人类永远无法突破绝对零度?
生活中 , 我们每天都能感受到温度高低对我们生活的影响 , 但温度到底是什么呢?
宏观上讲 , 温度就是衡量物体冷热程度的量 , 但显然这种定义有点抽象 , 没有具体说明温度的概念 。
微观上讲 , 温度就是微观粒子运动的剧烈程度的体现 。 也就是说 , 微观粒子(分子)的运动就体现出了温度 。 运动越是剧烈 , 温度就越高 。
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地球上哪里的温度最高?地核 , 温度高达六千度以上 。 太阳表面温度达到5500度 , 而太阳核心温度可以达到1500万度以上 。
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高温在宇宙中很常见 , 主要出现在大质量天体 , 比如说恒星 , 白矮星 , 中子星 , 中子星温度可以达到上亿度以上 。
那么高温有没有上限呢?会不会无限高呢?
一开始 , 科学家认为温度是没有上限的 , 毕竟科学家发现了太多大质量恒星的温度都比太阳高很多 。
【绝对零度只有-273.15度,为何人类永远无法突破绝对零度?】但是 , 随着新理论的不断涌现 , 科学家终于明白 , 高温也是有上限的 , 并不能无限高 。
爱因斯坦的狭义相对论告诉我们 , 光速是万物运动的速度极限 , 这就意味着温度并不能无限高 。
如今科学家们已经计算出宇宙的温度上限 , 所谓的“普朗克温度” , 大约1.4亿亿亿亿度 。
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普朗克温度是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间时的温度 , 是宇宙中的最高温度 。 因为普朗克时间是有意义的最小时间单位 , 任何小于普朗克时间的单位都没有意义 。 普朗克温度与光速 , 普朗克常数 , 普朗克质量 , 万有引力常数有关 。
有人可能会说 , 在普朗克时间之前的温度不是比普朗克温度更高吗?
确实很有可能 。 但那不是现代物理学所能描述的 , 正如刚才所说:普朗克时间是有意义的最小时间单位 , 小于普朗克时间就失去了意义 , 再去谈温度也就没有意义了 。
不过 , 科学家们推测 , 宇宙大爆炸发生时的奇点是一个密度温度无限高的致密小点 , 奇点的温度究竟有多高?已经不是我们能解释的了 。
最高温是普朗克温度 , 那么最低温呢?
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绝对零度 , 零下273.15度 , 大家应该都知道 。 理论上讲 , 当微观粒子完全静止时 , 温度就是绝对零度 。
但量子力学的不确定性告诉我们 , 粒子的位置和速度是不确定的 , 两者的不确定性的乘积必须不小于一个常数 , 用公式表达就是:
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从公式中可以看出 , 粒子的速度不可能为零 , 微观粒子是不可能静止的 , 时刻在不停地运动当中 , 它们的运动也是不确定的 , 我们不能确定粒子的下一刻到底在什么地方 , 只能用概率去描述 。
科学家通过不断努力 , 曾制造出非常接近绝对零度的低温 , 但就是达不到绝对零度 , 它就是宇宙温度的温度下限 , 就像光速是宇宙的速度上限一样 。
天文学家们在宇宙中也发现了非常接近绝对零度的存在 , “回力棒星云” , 那里的温度低至-272度 , 仅仅比绝对零度高了一度多而已 。
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