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人造高温已达5.5万亿度,零下273.15度却无法达到?

2020/10/15 10:12:12 来源:原创 浏览:

看似无尽头,实则有终点


目前人类能制造且保持一段时间的“最高温度”是1亿摄氏度,这个记录是2020年4月24日由中国的可控核聚变实验装置“东方超环”创造的,一共持续了10秒。

如果不考虑“持续性”的话,人造最高温度就是5.5万亿摄氏度,由欧洲大型强子对撞机在2012年生成,只在粒子对撞瞬间出现过。


什么是温度?

用物理语言来描述:温度就是粒子运动速度的外在表现,不论是“一个”粒子还是“一群”粒子,它们的运动越快,温度就越高,但这属于微观温度。


从日常生活的角度来说,大量空气分子的热运动才是人类感觉到的宏观温度,它们受太阳热辐射的影响,在大气圈内反复运动并传导热量,最终才营造出了今天14℃的地表平均温度

对人类来说单个或者多个粒子的5.5万亿摄氏度没有任何威胁,也根本无法影响整个宏观世界,这也是为什么如果人暴露在太空中会被冻死而不是被太阳高温毁灭的原因,毕竟太空物质密度太低,有限的几个原子运动速度再快温度再高,也不至于烧毁人体。


短暂的低温之路

通过对“速度越快,温度越高”的掌握,我们很容易就能反推出“速度越慢,温度越低”,具体到微观粒子身上来说,就是它们“越安静”,由它们组成的宏观物体表面温度就会越低


但相比动辄几千亿几万亿的高温,低温之路明显要短的多,因为在我们的宇宙里最低温度就是绝对零度,热力学上叫0K,换算一下就是零下273.15摄氏度

-273.15℃,这个在数量级上和5.5万亿℃相差甚远的数字,在外人看起来似乎“更容易达到”,但事实上它就是物理学家的镜中花水中月,和光速一样属于那种“可以无限接近但永远无法达到”的宇宙铁律。


绝对零度为何可望不可即?

在量子力学出现之前,确切来说是“不确定性”出现之前,物理学家们都认为组成物质的微观粒子们是“十分牢靠”的,但随着“不确定性原理”的出现,一切都变了。


不确定性原理的主要“对象”就是原子内部围绕原子核运动的核外电子们,根据不确定性原理,物理学家们永远无法确定“某个电子”的精确位置动量,只能用“概率云”的形式尽可能预测它可能在什么地方出现。

早期的爱因斯坦一直认为,“概率”就是物理学家数据收集不到家的托词,整个宇宙本质上肯定还是确定性的,因此对量子力学的“不确定性原理”深恶痛绝,但无奈爱因斯坦本人也找不到证据来推翻不确定性,所以电子“什么时间在什么地方出现”是真的无法求出来的


通向绝对零度的死胡同

在物体由原子组成,原子由原子核与核外电子组成,而核外电子又无法被精准定位的情况下,物理学家是无法把一个原子“百分百静止”的,而没有绝对静止便没有绝对零度,毕竟核外电子们还在运动并产生热量。


目前科学家在宇宙中发现的最冷的地方,是5000光年外的回力棒星云,那里的温度是零下272.15℃,比零下273.15℃的绝对零度刚好高了1℃,而我们宇宙目前的平均温度则是零下270.42℃

人造最低温度


“追逐低温”算是目前为止人类为数不多超过宇宙本身的行为,因为物理学家用激光制冷(制动)生成过0.5纳开尔文的低温,换算下来仅比绝对零度高20亿分之一k

尽管距离绝对零度已如此之近,但物理学家们还是很清楚自己永远无法达到绝对零度,除非有朝一日量子力学被修正,否则绝对零度就还是和光速一样的宇宙铁律。


温度有上限吗?

还是回归到“温度的本质是运动”上面来,在绝对静止等同于绝对零度的情况下,“速度的上限就是温度的上限”这个说法是没有错误的,而我们宇宙“有意义的速度上限”就是光速,每秒三十万公里(299792458 m/s)的真空光速。


在目前的人类物理学里唯一能达到光速的粒子只有光子,因为它没有静止质量,所以高速运动状态下的质增效应对它不起作用。

而对光子以外的所有粒子来说,与希格斯场的相互作用都会让它们获得质量,进而永远无法达到光速,从此和“最高温度”无缘。


最高温度在物理学中被称为“普朗克温度”,迄今为止它只在宇宙大爆炸瞬间的“普朗克时间”内出现过,那时所有粒子都还未诞生,四大基本作用力还同属一体。

大体上来看,达到光速和达到最高温度其实是一回事,就像绝对静止和绝对零度是一回事一样,但它们之间还有一个共同点,那就是同属宇宙规律的一部分,不是人类能染指的

看看网友怎么说

南飞2018:那么高的温度,不会溶掉周围一切?

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