物體(ti) 是由大量粒子構成的,從(cong) 微觀角度而言,溫度體(ti) 現的是大量物質粒子的熱運動的劇烈程度。粒子的運動越劇烈,這些粒子的平均動能也就越大。
當粒子停止了熱運動,那麽(me) 該物體(ti) 的溫度就將達到絕對0度,即零下237.15攝氏度。由於(yu) 客觀世界中粒子不可能完全靜止,所以這個(ge) 溫度也隻是一個(ge) 理論上的最低值,物體(ti) 的溫度隻能無限接近於(yu) 它,卻不能達到。
那麽(me) ,當粒子的熱運動十分劇烈時,溫度就會(hui) 變得非常高。
太陽表麵的溫度大約為(wei) 5500攝氏度,而其內(nei) 部的溫度則達到了1500萬(wan) 攝氏度以上。如此高的溫度,往往也伴隨著巨大的壓力,不然太陽早就在這樣的高溫下解體(ti) 了。其實,太陽上的物質已處於(yu) 一種全新的物態——等離子態,你可以將它理解為(wei) 超氣態。
眾(zhong) 所周知,太陽的內(nei) 部因為(wei) 正在發生核聚變反應,所以才能產(chan) 生如此高的溫度。根據科學家的研究,要在地球上實現這種可控核聚變反應,需要上億(yi) 度的溫度。
然而這隻是發生氫聚變所需要的最低溫度,如果要發生碳聚變反應,溫度則需要達到10億(yi) 度。
那麽(me) 10億(yi) 攝氏度究竟是什麽(me) 概念呢?
在我們(men) 的日常生活中,根本接觸不到這樣高的溫度,並且地球上任何物質在這樣的溫度下都會(hui) 熔化。在標準大氣壓下,目前地球上已知熔點最高的物質是五碳化四鉭鉿,它的熔點高達4215攝氏度。10億(yi) 攝氏度,放眼整個(ge) 宇宙,除了少數恒星內(nei) 部,通常在白矮星和中子星上才能達到這麽(me) 高的溫度,其中中子星中心的溫度可達100億(yi) 度以上。
10億(yi) ℃確實很高,但人類已經能夠在實驗室中製造出遠超10億(yi) 攝氏度的高溫。
美國的科研人員曾經在相對論性重離子對撞機中將金離子加速到亞(ya) 光速,碰撞之後產(chan) 生了4萬(wan) 億(yi) 度的高溫,這是太陽中心溫度的25萬(wan) 多倍。在這種溫度下,連質子中子都會(hui) 被分解,隻能以誇克-膠子等離子體(ti) 這種形態存在,這種形態也被叫做誇克湯。
不過,這並不是最高的記錄。在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機中,科學家用高能質子轟擊重原子核,希望能以這種方法更深入地了解物質的基本結構,在此過程中產(chan) 生了10萬(wan) 億(yi) 度的誇克湯。
不過,實驗室中的10億(yi) 度隻是一瞬間的高溫,所以根本不必擔心對撞機被熔化掉。因為(wei) 溫度高,並不代表熱量高。如果粒子密度很低,即使溫度很高,其熱量仍然會(hui) 很低。
10億(yi) 攝氏度並不高,那麽(me) 既然溫度存在最低值,那是否存在最高值呢?
這個(ge) 真的有。溫度與(yu) 粒子的熱運動有關(guan) ,那麽(me) 當粒子的熱運動速率接近光速時,這種狀態下的溫度就是溫度的上限嗎?並不是,根據科學家的推測,這個(ge) 溫度上限被稱之為(wei) 普朗克溫度,其數值大小為(wei) 1.42億(yi) 億(yi) 億(yi) 億(yi) 度。這樣的高溫僅(jin) 曾出現於(yu) 宇宙誕生之後的第1個(ge) 普朗克時間(5.4×10^-44秒)內(nei) 。
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