至于氣溫,相信朋友們都不會陌生,我們每天,都在和它打交道。氣溫存在于世界的每個角落,甚至我們的身體也有一個健康的氣溫范圍,一旦脫離這一范圍,無論高低,都會對身體造成不同程度的傷害。
溫度創(chuàng)造了地球上的一切,演變了原始的生命,隨著生命的不斷進(jìn)化和演變,人類誕生了。從人類誕生的那一刻起,我們就開始感知認(rèn)知溫度。然而,由于缺乏科學(xué)知識,古人對溫度了解不多,也不認(rèn)為溫度有多神秘和復(fù)雜。0
但是,隨著人類文明的發(fā)展,我們走上了科學(xué)技術(shù)的道路,有了科學(xué)技術(shù)的輔助,人類對溫度有了新的認(rèn)識。通過不斷的認(rèn)知,溫度并不像我們想象的那么簡單,這個世界的一切包括宇宙的誕生、進(jìn)化和最終的結(jié)束,都要受到溫度的控制。
溫度的升降會對物質(zhì)的形狀和內(nèi)部產(chǎn)生一些影響,從而改變物質(zhì)的形狀。我們有三種主要的溫度變化形式:氣體、液體和固體,它們之間的相互轉(zhuǎn)重要因素。最高和最低溫度能達(dá)到多少?
要理解溫度的最高和最低,首先要對溫度的本質(zhì)有一個初步的認(rèn)識。認(rèn)為許多小伙伴都知道,溫度的本質(zhì)實際上是一種分子熱運(yùn)動,物質(zhì)是由各種顆粒組成的,顆粒的持續(xù)熱運(yùn)動賦予物質(zhì)溫度。10
隨著顆粒運(yùn)動的加劇和動能的增加,其組成物體的溫度也會升高。那顆粒的運(yùn)動速度是否有極限呢?回答是肯定的,根據(jù)相對論,顆粒的運(yùn)動極限是光速,只能無限接近光速,因此,理論上,顆粒熱運(yùn)動所產(chǎn)生的溫度也是有極限的。
根據(jù)目前的物理研究,溫度的最高極限是普朗克溫度,大小約為1.42×1032度,僅在138億年前宇宙爆炸的瞬間就達(dá)到了。正是這么高的溫度,宇宙才能從一個奇點(diǎn)瞬間產(chǎn)生最初的氫、氦等基本元素。
眾所周知,在經(jīng)典物理中,質(zhì)量和能量是兩個完全不同的概念,它們之間沒有確定的當(dāng)量關(guān)系。而且在相對論中,質(zhì)量和能量只是物質(zhì)的兩種表現(xiàn)形式,它們在本質(zhì)上沒有區(qū)別,兩者可以相互轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的因素是溫度。
當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時,物質(zhì)以能量的形式存在。一旦溫度跌破這個臨界值,物質(zhì)就會以質(zhì)量的形式存在。這也是奇點(diǎn)爆炸后氫、氦等基本元素迅速形成的原因,因為大爆炸時產(chǎn)生的普朗克溫度,然后溫度迅速下降,物質(zhì)無法保持能量形態(tài),從而轉(zhuǎn)化為氫、氦等元素。
隨著宇宙溫度的下降,出現(xiàn)了更復(fù)雜的物質(zhì),出現(xiàn)了恒星、行星、星系等結(jié)構(gòu)。因此,從現(xiàn)在的物理學(xué)角度來看,溫度的上限是普朗克的溫度,但是關(guān)于是否有更高的溫度,我們現(xiàn)在的物理學(xué)還不能說明。
顆粒動能的不斷增加,導(dǎo)致溫度的不斷升高,然后顆粒動能的不斷降低,物體的溫度也會不斷降低。那顆粒的最小動能是什么時候呢?對此,相信很多朋友都能想到,當(dāng)顆粒停止運(yùn)動,保持靜止時,動能為零達(dá)到最小值。
當(dāng)動能為零時,溫度會降到最低,相應(yīng)的溫度我們稱之為絕對零度,大小為-273.15℃或0K,這是科學(xué)家根據(jù)實驗結(jié)論和概念得出的結(jié)果。我們不需要懷疑準(zhǔn)確性。
如今我們知道絕對零度是溫度的下限,那么當(dāng)溫度達(dá)到這個程度時會發(fā)生什么呢?首先要明白,溫度不可能達(dá)到絕對零度。要知道宇宙在漫長的138億年里一直在冷卻。經(jīng)過如此漫長的冷卻,宇宙平均溫度約為-270.42℃,仍高于絕對零度2.73℃。
在實驗室里,科學(xué)家們試圖不斷地降低溫度,取得一些好成績,比如通過壓縮,把氮?dú)庾兂梢旱?,此時的溫度只有-196℃,液氫是火箭常用的燃料,它的溫度更低到-253℃。而且人類創(chuàng)造的最低溫度是-273.1499999999℃,這是科學(xué)家冷卻一塊金屬銠的結(jié)果,這是一個無限接近絕對零度的值,可見科學(xué)技術(shù)的力量有多大。
如今我們明白了,絕對零度是不可能達(dá)到的,但許多朋友仍然想明白:在絕對零度下,世界會變成什么樣子?也許許多朋友都知道,溫度越低,世界就越低,當(dāng)?shù)厍蜻_(dá)到一定程度時,地球就會變成冰凍的世界。
溫度背后是粒子的熱運(yùn)動,量子力學(xué)中粒子也在不斷運(yùn)動。如果絕對零度出現(xiàn),說明粒子停止運(yùn)動,粒子沒有動能,那么世界上的一切都會變得毫無意義,包括時間和空間。
相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的兩個基礎(chǔ),其存在的前提是粒子的運(yùn)動。粒子停止運(yùn)動,相對論和量子力學(xué)也崩潰,時間和空間消失,沒有存在的意義,宇宙整體也迎來了終結(jié)。
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