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昨天推文中提到了磁約束核聚變內(nèi)部的持續(xù)反應(yīng)溫度最高可以高達(dá)1億攝氏度!大多數(shù)人可能會(huì)對這個(gè)溫度的絕對值感到非常的驚訝,因?yàn)榭雌饋韺?shí)在是太高了。我們都知道,開水的溫度大多數(shù)情況下只有100攝氏度,就能把人嚴(yán)重燙傷;大多數(shù)人受不了50攝氏度以上的洗澡水。而鋼鐵到了1500攝氏度就會(huì)完全成為流動(dòng)的鐵水;最難以融化的金屬,比如鎢,也不過最大能耐受3400度的高溫。而地球上沒有任何能忍受1萬攝氏度的人造或者天然容器!1億攝氏度的溫度實(shí)在是太驚人,因此不可能用任何容器來盛起這種等離子態(tài)的物質(zhì),只能用磁約束或者激光慣性約束讓其懸浮在空中連續(xù)反應(yīng)。要理解如此高的溫度,還是要來回顧一下溫度的定義是什么?在常規(guī)的物理和化學(xué)概念中,溫度是表示物質(zhì)冷熱程度的物理量,在微觀上是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。
這種運(yùn)動(dòng)就是我們所說的熱布朗運(yùn)動(dòng),看不出什么規(guī)律,物質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的。組成物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)速度越快,表現(xiàn)出來的溫度越高,那么物質(zhì)內(nèi)部的分子普遍停止運(yùn)動(dòng)就應(yīng)該是宇宙間的最低溫度。宇宙間有最低溫度這是物理常識(shí)。理想氣體的熱膨脹率為1/273.15,因此確定零下273.15℃為絕對溫度零度,這就是K氏絕對零度。換算成攝氏度,那么零攝氏度就是273.15K;100攝氏度就是373.15K;1000攝氏度就是1273.15K;K氏溫度和攝氏溫度的換算非常簡單。到目前為止,無論在宇宙深空還是在實(shí)驗(yàn)室中,都沒發(fā)現(xiàn)比絕對零度更低的溫度。既然有宇宙最低溫度,那么宇宙間存不存在最高溫度的極限?早年的物理學(xué),往往認(rèn)為宇宙溫度的最高值是沒有上限的,先進(jìn)國家的物理實(shí)驗(yàn)室中也不斷創(chuàng)造試驗(yàn)溫度最高值的新記錄。
不過隨著廣義相對論和量子力學(xué)成為主流理論,現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為宇宙間的最高溫度還是有上限的。因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部的布朗運(yùn)動(dòng)終究也是一種運(yùn)動(dòng)形式,而本位面宇宙間的任何運(yùn)動(dòng)理論上都不會(huì)超過光速的限制。理論上在一定壓力環(huán)境下,無論哪種粒子的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí),能量也趨近于無限大,此時(shí)就是宇宙溫度的極限,也就是絕對的最高溫度。
地球上出現(xiàn)的最高溫度,無疑是原子彈或者氫彈爆炸核心的溫度,而可控核聚變上億度的高溫也已經(jīng)達(dá)到了氫彈爆炸核心的溫度極值。此時(shí)所謂的上億度高溫,已經(jīng)不是聚變材料分子的運(yùn)動(dòng),而是原子核和外層的電子直接分離后的極高的布朗運(yùn)動(dòng)。正是因?yàn)闇囟葮O高,電子和原子核都已經(jīng)脫離,個(gè)人顧個(gè)人,因此輕原子核才能克服電子的排斥力和原子核相互之間的排斥力結(jié)合成更重的原子核,這也是核聚變反應(yīng)能夠進(jìn)行的根本原因,要讓可控核聚變繼續(xù)進(jìn)行,就必須維持住這個(gè)1億度的高溫。維持的時(shí)間越長越好。
1億度的高溫,比太陽核心的1500萬攝氏度還高7倍,這么高的溫度,顯然不能用任何溫度計(jì)或者儀表來測量,但得出溫度已經(jīng)高達(dá)1億度的結(jié)論,是根據(jù)核反應(yīng)原子核的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算出來的溫度數(shù)據(jù)。
那么1億度就是人類在實(shí)驗(yàn)室中制造或者宇宙中的最高溫度嗎?遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是。2010年美國紐約的一個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室,用重離子對撞機(jī)將兩束金離子束各自加速到光速后對撞,產(chǎn)生夸克―膠子等離子體的溫度高達(dá)4萬億度。是太陽中心溫度的25萬倍,2012年的又一次對撞,瞬間達(dá)到5.5萬億度,這是迄今為止人類制造的最高溫度。那么如此驚人的高溫,為何沒燒掉試驗(yàn)裝置,引發(fā)災(zāi)難?其實(shí)這還是溫度和熱量的老問題,雖然溫度極高,但是熱量小的可憐,并不能點(diǎn)燃任何宏觀物體。


這種試驗(yàn)甚至?xí)l(fā)質(zhì)子大小的人造黑洞,但是也不能吸掉地球,因?yàn)閷?shí)在太小,而且這種黑洞的壽命極短,還來不及吸收周邊物質(zhì)已經(jīng)自己湮滅了。這與碰撞產(chǎn)生的驚人高溫不能點(diǎn)燃什么也是一樣的道理。
其實(shí)宇宙間的理論最高溫度,是普朗克溫度,數(shù)值為1.416833×10^32K,為宇宙大爆炸1普朗克時(shí)間后的溫度。這位溫度,基本是1.4億億億億度,因此人類的試驗(yàn),目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到大爆炸后,宇宙可能存在過的最高溫度。
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