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你有想过“温度”到底是什么吗(它和热量有什么关系呢)

时间:2023-06-04 04:58:01

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你有想过“温度”到底是什么吗(它和热量有什么关系呢)

我们每天都要根据温度来进行穿着。在日常生活,0度以下,水就会结冰,100度水就沸腾,这都是常识。但问题来了,你有想过“温度”到底是什么吗?它和热量有什么关系呢?

不仅如此,为什么宇宙中的最高温度是1.4亿亿亿亿度,而最低温度却是零下273.15度。要了解这个问题,我们首先要从温度的本质说起。

温度的本质

如果微观的视角来看,万物都是由粒子构成。粒子并非是一动不动地排列,相反粒子是在一直运动的。由于构成物质的粒子数非常多,我们无法去单一衡量一个粒子的运动情况,而是利用统计的手段。

具体来说就是,如果构成物质的粒子整体运动得越剧烈,宏观世界表现出来的温度就越高,相反,如果粒子整体运动得越不剧烈,宏观世界表现出来的温度就越低。

因此,我们可以用“分子的平均动能”来描述温度。由此,我们也可以很容易得到一个结果,当分子的平均动能最低时,那对应的温度就应该是宇宙中的最低温度,通过理论推导和计算,我们就可以得到这个温度是零下273.15度,也被我们称为:绝对零度。

温度可以无限高吗?

那么问题来了,宇宙中的最高温度到底是多少呢?

如果我们不断地让粒子的平均动能升高到底会发生什么事情呢?

实际上,我们还真的可以找到参照。当我们不断地给物质加热时,构成物质的粒子的平均动能就会不断升高。这时候物质就会呈现出从固态,到液态再到气态的变化。说白了就是由于分子的平均动能增加,分子整体运动得更为剧烈,分子之间的距离也逐渐变大,从而影响到了宏观的物体变化。

那如果继续给气体加热,还会得到什么呢?

我们都知道,分子是由原子构成的,原子是由原子核和核外电子构成的,原子核外电子之所以会绕着原子和运动,是因为原子核是带正电的,电子是带负电的,它们之间会有电磁相互作用。于是,电子就会被束缚在一定的范围内,而不会乱跑。

但如果持续给物质加热,此时电子会获得足够大的能量,于是就可以摆脱原子核的束缚,成为自由的电子。此时的物质会呈现等离子态,说白了就是各种原子核、电子,光子聚集在一起的状态。

太阳就是一个典型的等离子体,主要是由氢原子核,氦原子核,电子,光子构成。而太阳内核的温度达到了1500万度,表面的温度达到了5500度~6000度。

那么等离子体就是极限了吗?

答案显然不是这样,忽略技术难度,我们依然可以继续对等离子体物质加热,让物质的温度继续升高。那此时物质可以升高到多少度呢?存不存在一个极限温度?

按照目前的技术,科学家利用强子对撞机LHC,曾经创造了局部温度达到几亿度的水平,还要继续把温度提升,就需要更大的强子对撞机。

不知道你有想过,为什么科学家要去创造这样的温度?

实际上,他们是为了模拟宇宙起源的环境。按照目前的主流宇宙学理论,宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。由于物理理论的限制,我们并不知道这次大爆炸之后的普朗克时间(10^-43秒)内发生了什么?

而普朗克时间后,宇宙的温度是1.4亿亿亿亿度。这也是我们所生活的宇宙的最高温度。宇宙大爆炸之后,宇宙开始膨胀,温度开始下降,随着温度的下降,粒子从无到有,逐渐形成,并且出现了四大作用力。于是,最终构建出了我们这个宇宙。

也就是说,如果我们穷尽这个宇宙,不考虑技术难点的情况下,可以把温度一直提升到几十亿度,上百亿度。在提升温度的过程中,构成物质的粒子会逐渐走向衰亡。不仅如此,四大作用力会合并到一起,完全就是纯能量的状态,此时得到的温度将会是:1.4亿亿亿亿度。

这相当于我们把自己宇宙的进程进行的一次倒序地播放,并最终回到宇宙最初的温度,这个温度包括了我们这个宇宙所有的能量,这就相当于创造了一个宇宙的开端,也就是说我们在这个过程中,创造了一个和我们一样的宇宙。

因此,在温度提升过程中,温度自身的定义也发生了变化,并非完全由粒子的平均能量来衡量。

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显示评论内容(1)
  1. 阿喵小夏2023-09-19 23:26阿喵小夏[河南省网友]123.101.99.32
    温度和热量是密不可分温度是种物质内部分子运动程度热量则是物质内部分子间传递能量二者息息相关。
    顶1踩0
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