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    人类能创造上亿度的高温,却无法突破绝对零度,为何会这样?

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      伽利略

      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)。

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      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。

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      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。

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      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。

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      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可以无穷升高。

      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。

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      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。

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      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。

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      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℃。

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      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。

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      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。

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      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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