今天来给大家分享一下关于零下273.15度图片的问题,以下是对此问题的归纳整理,让我们一起来看看吧。
为什么高温是无限的,最低温度是-273.15摄氏度?
为什么高温是无限的,最低温度是-273.15摄氏度?
广义的温度表示一个物体的冷热程度,日常生活中最直观的感受就是每天的温度。比如北方冬天冻雪的温度是零下20到30摄氏度,而南方的夏天湿热,温度可以飙升到30摄氏度以上。一般来说,人类日常生活环境的可接受温度极限差不多是正负30摄氏度,再高一点或低一点,人体机能都无法承受,就会出大问题。
科学地理解温度的本质
温度表示微观粒子热运动的强度。要知道分子、原子之类的旁观者不是静止的,而是一直在运动的。这些粒子的平均动能越大,温度就越高。这里说的是平均动能,所以任何粒子最剧烈的运动都不能代表这个物体的温度。同时,从定义中可以看出,温度和热量还是有一定区别的。
这里可能有一个反常识的问题。例如,2018年,美国宇航局发射了帕克太阳探测器,用于探测和收集有关太阳的一些关键信息。它也将成为历史上距离太阳最近的人类探测器。太阳从外到内分为日冕层、色球层和光球层,但温度从高到低,日冕层的温度可达100摄氏度。帕克太阳探测器在最接近太阳的时候可以到达日冕层,但是帕克太阳探测器的隔热保护板只能抵抗1400摄氏度的高温。
其实可以注意到,虽然电晕层的温度高,但是热量不一定特别高,因为单位体积的电晕层的例子很少。虽然很高,但热量其实并不高,帕克太阳探测器可以抵御。
那么你想过最低温度是-273.15摄氏度的原因吗?
前文已经提到,微观粒子热运动的剧烈程度是温度的本质,所以从内部微观角度来看,温度取决于微观粒子的动能。那么原因很简单。按照传统观念,粒子是静止的,光速是运动的。
假设粒子处于静止状态。物体静止时,速度自然会为零,所以不会有热运动。所以说温度有一个最小值和下限是正确的,但是微观粒子能完全静止吗?其实并没有。没有绝对的静止。对于微观粒子,我们需要从量子力学入手。量子力学中有一个核心点,就是测不准原理,或者说测不准原理。那么按照它的字面意思,就不可能同时确定粒子的位置和动量。不能说粒子在某一点,而是说粒子的概率在某一点。
事实上,问题继续出现在这里。如果微观粒子的静态运动速度为零,那么我们实际上就知道了粒子的具体位置,这就违背了量子力学。量子力学和相对论是二十世纪物理学的两大支柱,具有权威性和代表性。那么最低温度其实就是量子力学允许的微观粒子的最小平均动能。
最后通过热力学计算,该数字为-273.15摄氏度,也称绝对零度(0k)。理论上,物体的温度只能无限接近绝对零度,但永远达不到。
高温真的是无限的吗?
如果不从科学的角度来讲,我们理解中的高温是无限的,无论多高,最后都只剩下数字了。但其实高温是有极限的,我们可以从两个角度来回答这个问题。
温度的本质是微观粒子的热运动,所以粒子运动的最快速度只能是光速,也就是说平均动能是有极限的,温度自然有最高极限。但实际上,微观粒子也有静态质量,静态质量的物体是达不到光速的。理论上,它们只能无限接近光速。
可以从黑洞的角度来考虑。要知道现代科学理论遇到黑洞内部是完全失效的,无法解释黑洞内部的真实情况,比如奇点是什么!然后当温度达到一定程度,根据爱因斯坦质能方程,这个物体可能直接坍缩成一个微型黑洞,温度达到极限。所以,高温是有极限的!
最高温度是多少?
目前认为宇宙最高温度是普朗克温度,大约是1400亿摄氏度,有两个概念:普朗克时间和普朗克长度。目前主流观点认为宇宙起源于138亿年前的奇点大爆炸,大爆炸后瞬时温度最高。现代科学中最小的时间尺度是普朗克时间,再小就没有意义了。因此,大爆炸后普朗克时间内的温度是宇宙中的最高温度,也称为普朗克温度。
一般来说,温度越高,物体辐射的电磁波波长越短,所以普朗克温度下辐射的电磁波波长也就是普朗克长度。目前,最小长度的有意义的概念是已知的。
目前只有弦理论提出的概念在普朗克长度以下。弦理论认为宇宙的本质是用微小的弦来表示的,甚至不同的基本粒子也是用弦的不同振动模式来表示的。弦理论被认为是未来可以轻松融合相对论和量子力学的存在,但目前还无法在实践中得到验证。
可以说宇宙最高温度是普朗克温度,大约是1400亿摄氏度,宇宙最低温度是绝对零度零下273.15摄氏度。目前,科学家在宇宙中发现的最低温度是回力棒星云,其温度为零下272.15摄氏度,位于半人马座,距离我们5000光年。
文/科学黑洞,图片来源网络入侵。
零下273.15度的绝对零度有多可怕?
在地球上,人类已经记录了南极最低的自然温度,达到零下89.2摄氏度(-89.2摄氏度)。然而,人类可以制造比这更低的温度。以常见的液氮为例,它的温度只有-196℃,氮分子在这个低温下处于液态。液氢是火箭的常用燃料,温度低至-253℃。
那么,温度能有多冷呢?
物质是由各种粒子组成的,粒子的不断热运动赋予了物质温度。因此,粒子的动能越大,它们组成的物体的温度就越高。虽然粒子的最快速度是有限光速,但是由于相对论效应,粒子的动能可以是无限的,所以温度可以无限上升。
但目前物理学能描述的最高温度是普朗克温度,大约是1.42×10 ^ 32度。这个温度只有在138亿年前的大爆炸中才达到。对于普朗克温度以上的状态,现代物理还无法描述,只能等待未来量子力学的建立。
另一方面,如果温度足够低,粒子的动能应该足够小。那么,粒子的最小动能是多少呢?
显然,当质点不再运动时,动能为零时最小。此时温度也会降到最低,对应的温度称为绝对零度,其大小为-273.15℃(或0 K),这是结合实验理论得出的结果。正因为如此,温度不会无限下降,绝对零度是温度的下限。
宇宙在初始时刻达到了普朗克温度,但无论如何也达不到绝对零度。经过138亿年的膨胀冷却,整个宇宙的平均温度为-270.42℃(宇宙微波背景辐射的温度),仍比绝对零度高2.73度。
目前最接近绝对零度的温度是在实验室实现的。物理学家已经将一块铑冷却到-273.999℃,但它仍然比绝对零度高0.0001度,即不能达到绝对零度。
那么为什么温度不能冷却到绝对零度呢?
爱因斯坦的相对论表明,宇宙中没有绝对静止的参照系,任何物体都有某种运动,剩下的只是相对的。另一方面,量子力学表明粒子不会停止运动,否则它们的位置和动量可以同时精确测量,从而违反了测不准原理。所以粒子的动能永远大于零,温度永远高于绝对零度。
如果宇宙达到绝对零度会怎样?
当温度达到绝对零度时,现代物理学的两大基石——相对论和量子力学就会崩塌,就像温度超过普朗克温度时一样。不仅如此,就连时间和空之间的意义也会消失。
在绝对零度的宇宙中,所有的能量都会完全耗尽,在空之间没有能量,宇宙不会再有变化,时间会完全停止,或者说时间变得没有意义。那么,宇宙真的会耗尽能量吗?
热力学第二定律,即熵增原理表明,宇宙最终会耗尽能量,但不是所有的能量,而是有用的能量,它们都会转化为热能。届时宇宙将维持最低但非零的能量状态,温度最终达到热平衡,但不是绝对零度。
宇宙会停止运转,这是宇宙的一种可能结果——热寂静。如果真的发生质子衰变,那么,10到100年后,宇宙将迎来这样的结局。当然,对于人类乃至宇宙来说,这个时间是在非常遥远的未来。