1.4亿亿亿亿℃是什么概念?你对温度和热的理解是不是有误会?

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炎热的夏天已经过去,秋风萧瑟的天气即将到来,但相信大家对温度高就很热的这个理解是不会错的,夏天40度的高温下,那是汗如雨下啊;当然冬天零下十几度,那绝对是滴水成冰!难道错了吗?

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理解确实没错,但在地球的大气层分层中,大约是80千米到500千米的范围,有一个温度高达1000~2000℃的热层,但在这里,那绝对是九天严寒啊,为什么会这样呢?

热层温度那么高,为什么还那么冷?

热层的温度确实很高,但毫无疑问也很冷,为什么会这样呢?大气层中的热层已经进入准真空的范围,比如过了100千米的卡门线就是太空了,太空寒冷不?当然很寒冷!但下文我们介绍了温度的准确定义后,太空就不能用寒冷来定义了!

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准太空的大气非常稀薄,120千米以上的区域,空气稀薄到声波无法传递,到270千米时,空气密度只有地面的百亿分之一,300千米以上时就到了千亿分之一!

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其实说到这里我们也明白了,在这个案例上,温度需要大量大气分子作为媒介,我们才能切切实实的感受到温度,当大气太稀薄时即使这些大气分子已经被太阳的高能粒子撞击、温度很高,但它们的总能量很低,我们仍然无法感受到。

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温度的本质:微观粒子的运动

上文中似乎就有那么点意思,但还不够直白,其实温度的本质就是微观粒子的热运动所致!几百年前科学家从燃素说到热质说再到分子热运动,然后再到爱因斯坦发表布朗运动的论文,温度的本质就是微观粒子的运动才被广泛接受!

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布朗运动

理论上的太空就是没有任何粒子的空间,它也就不存在所谓的微观粒子,因此在这一片空间中根本就不能以所谓的温度来形容,因为它根本就存在所谓的温度,那么太空为什么会那么冷呢?很简单,尽管是真空,如果没有外界能量补充的话,物体仍然会以辐射的方式散失自身的热量,最终和宇宙微波背景辐射相一致!

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宇宙微波背景辐射又是多少“温度”呢?2.725K,比绝对零度高一丢丢,也就是-270.425℃,简单的说,丢在宇宙中的物体,它会逐渐达到和宇宙背景温度一致,当然太阳系中的物体是不会的,因为有太阳辐射嘛,但离太阳越远,温度也就越低!

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上文中我们要补充一下,量子力学中的真空可不是空无一物,因为量子论认为,真空中也会产生正反粒子对,但又会瞬间湮灭是遵守能量守恒,所以挑刺的朋友就别较真了!

宇宙中达到过一次最高温度,但却永远都无法达到最低温度!

温度的本质就是微观粒子的运动,那么当粒子不运动时不就是最低温度了吗?确实是这样,因为上文中的绝对零度就是这样算出来的,所以绝对零度有一个我们理解的值,用摄氏计就是−273.15℃,如果用K就是0K!

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似乎听上去很简单,不要动就是绝对零度,那为什么夏天在太阳下我一动都不动,还那么热呢?当然这个不动指的是宏观不动,你身体内的微观粒子仍然在高速运动,所以这个方法是不灵光的,要让你感觉凉快,必须用空调用制冷剂循环的方式,将室内的热量转移到室外!

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当然再厉害的空调也不能通过这种循环降低到绝对零度,最接近的方式是激光多普勒制冷,让原子的振动幅度达到最小(不能停止),国际空间站上的冷原子实验用的就是这个原理,据说达到了20万亿分之一K,也就是只比绝对零度高那么一丢丢丢丢……..

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即使到未来宇宙的末日,也就是热寂状态,仍然不能达到绝对零度,因为微观粒子的量子力学运动是无法避免的,所以它总是有那么一丢丢温度。

宇宙中的最高温度又是怎么样的呢?

粒子静止就是最低温度,那么粒子运动速度最高自然就是最高温度了,那么粒子运动的最高速是多少呢?当然是光速了,当运动粒子运动速度达到光速时计算踹的温度就是宇宙最高温度,也叫做普朗克温度。

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温度是多少度呢?1.4亿亿亿亿℃,也就是宇宙大爆炸时达到的温度1.4×10^32K!此时宇宙中所有的物质都在奇点,粒子运动速度已经达到了最高,但就在那个虚数时间后,宇宙大爆炸开始了,此后宇宙再也没有达到过这个温度,除非它重新开始坍缩,不过最近的诺奖大神彭罗斯可是支持宇宙循环说的,也就是说宇宙未来会重新坍缩,然后再爆炸一次!

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大爆炸发生后,宇宙膨胀,温度降低,到10^-36S时,宇宙温度降低到了10^28K,强力从电弱中分离!当时间走到大约10^-12S时,温度大约下降到了2万亿摄氏度,此时的宇宙就是一锅夸克胶子的等离子“浓汤”,温度继续降低,夸克就会和胶子一起构成重子(包括中子和质子),此时时间已经到了10^-6S!

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然后宇宙继续膨胀,质子和中子聚合变成氕氘和氦以及锂,原初物质丰度就是这样来的,但此时宇宙中温度仍然高达十亿K,仍然充斥着等离子体,一直要到38万年后,温度才下降到数千度,此时光子才脱离束缚,在宇宙中狂奔,所以这就是我们看到的宇宙微波背景辐射!

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1.4亿亿亿亿℃是什么概念?反正就是是很烫很烫很烫……..

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