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【其他分析技术】最低温只能到达零下273.15,为什么高温却能达到上亿度?

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2019-01-08 17:14
来源:化学人生
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理论上的最低温度与我们所处的环境温度相差也就两三百度,但高温却能高达几万、几十万甚至几十亿度以上。之所以有如此巨大的差异,与人类如何定义温度有关。

我们在生活中通常使用摄氏温标,它的定义与水有关。在标准大气压下,纯水的冰点被定义为0摄氏度,而纯水的沸点则被定义为100摄氏度。基于这样的标准,通过理论可以推导出最低温度为-273.15摄氏度,这就是无法达到的绝对零度。至于为什么最低温度只能到绝对零度,并且还不能达到,这与物体产生温度的机制有关。

组成物体的粒子一直会做不会停止的热运动,这是物体有温度的根本原因。如果粒子热运动的剧烈程度下降,温度也会随之下降。那么,极限就是粒子停止热运动,热量不再产生,所以温度将会达到最小值。

但海森堡不确定性原理表明,粒子的位置和速度无法被同时测出来,所以粒子停止热运动与之相违背,这意味着绝对零度只能无限趋近,而无法达到 。并且相对论还表明,这个世界不存在绝对静止的物体,任何物体都会存在运动,静止只是相对的。

查理定律外推可得绝对零度

查理定律外推可得绝对零度

上图为三种不同气体的压力与温度关系曲线,通过查理定律可以外推到绝对零度。

通过实验和理论(比如查理定律)推导,绝对零度的大小约为-273.15摄氏度。人类目前取得的最低温度仍然比绝对零度高出10^-10度,但就是无法达到极限。

另一方面,粒子的热运动可以非常剧烈,所以温度可以升到非常高的程度,几万、几十万甚至几十亿、几十万亿度都是可以达到的。人类目前取得的最高温度是10万亿度,由质子和原子核在高能粒子加速器中高速碰撞得到。

不过,温度也不会无限升高,量子力学给出的温度上限是普朗克温度,温度高达1.42亿亿亿亿度,只有宇宙大爆炸的最初时刻才达到过这个温度。

物体受热内部分子就会震动,温度越高振动就越快,既然是振动快慢,那么就有了速度了,当温度达到1.4亿亿亿亿度的时候内部分子振动的速度就达到光速了,根据相对论来说光速不可超越,因此1.4亿亿亿亿度就成了——绝对热度,也叫普朗克热度。超过了这个温度就不存在物体了存在的就是纯能量。

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