为什么温度没上限,可达亿万度,却有-273.15度的下限?
按照现有理论,宇宙诞生于130多亿年前场史无前例的“爆炸”,而在“爆炸”发生的瞬间,“温度”这个概念就此出现了。
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现实证明,温度这个概念几乎贯穿了宇宙的方方面面,比如太阳每时每刻都在进行着剧烈的核聚变反应,散发出强烈的光和惊人的高温,而这也是地球能够孕育生命的先决条件。当然了,太阳不仅仅给地球创造出了适宜生命出现的环境,也给地球带来了非常重要的四季变化。虽然四季变化伴随着诸多可视的改变,但对于我们来说,四季变化最直观的感受其实就是温度的不同。
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目前,温度已经成为人类在宇宙中寻找殖民星球非常重要的参考,因为人类是一种对环境温度要求极为苛刻的生物,热了冷了都不行。不过在茫茫宇宙中,或许存在许多对环境温度要求和人类迥异的智慧生物。和在地球上人类所接触到的“温顺”模样不同,一旦到了宇宙当中温度立即就会露出其“狰狞”的真实面孔。那一组组异常夸张的数据,无不勾勒着其恐怖和震撼人心的模样。
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例如我们的太阳,它的表面温度大约在6000摄氏度左右,核心温度已经突破了1500万摄氏度。再比如宇宙中密度仅次于黑洞的中子星,它的表面温度在1000万摄氏度以上,核心温度很可能已经达到了颠覆认知的60亿摄氏度。不过,别看温度动辄都是千万、上亿甚至还有上万亿的,给人一种没有上限的感觉,但它却诡异得有个下限,而这个下限就是大名鼎鼎的“绝对零度”(-273.15摄氏度,又称0卡尔文)。
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我们都知道,相对论中提出光速是世界上最快的速度,任何具有静止质量的物体只能无限接近光速,而不能真正达到光速或者超过光速。而“绝对零度”其实和光速拥有一样的属性,它也是只能无限接近不能真正达到。如果硬要比较的话,“绝对零度”可能比光速还要特别的多,因为我们至少知道光子能够达到光速,可至今没有任何东西能够达到“绝对零度”
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问题来了,为什么宇宙中温度没有上限,却有-273.15摄氏度的下限呢?这还要从肉眼不可见的微观层面说起。首先,科学上关于温度的定义是物体分子热运动的剧烈程度。剧烈程度越高,物体的温度也就越高。反之,剧烈程度越低,物体的温度也就越低,而一旦物体内部的分子全部静止了,那么就达到了温度的下限——绝对零度。
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不过,虽然现在理论上已经确定绝对零度是肯定存在的,但目前对于它的研究,并不仅仅是为了证明它存在,而是要探究有没有物质能够达到绝对零度,或者究竟在什么条件下物质能够达到绝对零度。目前在实验室中,人类取得最接近绝对零度的成果是将一个铑原子冷却到0.000000 0001开尔文,也就是高于-273.15摄氏度0.0000000001度。
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所以就现在的研究情况来看,绝对零度依然只能出现在理论中,现实世界根本没有物质能够真正达到绝对零度。就如同光速的属性一样,它只能无限接近不能真正达到。明白了绝对零度的概念,可能许多人又对温度的上限产生了好奇,它真的没有上限吗?其实这要分两种情况讨论。
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首先,高温度就是分子动能增加,导致分子的振动速度加快,从而导致温度上升。从理论上来说,物体在宇宙中无法达到光速,因为这需要将无限的能量放进一颗原子里面。不过宇宙只是对光速有限制,至于原子中究竟能够放多少能量,迄今为止并没有理论上的限制,这就意味着我们只要将无限大的能量放入其中,温度也就会无限大,因此从理论上来说温度是没有上限的。
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不过在现在的宇宙体系下,宇宙并不是无限大的,所以其中的能量也就不是无限多的,因此温度的实际上限其实就是当前宇宙的能量总量。可如果未来我们知道了宇宙“之外”还有无数个宇宙,并且宇宙和宇宙之前还能能量交换,那么温度的实际上限就将是无限大的。
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