低温有-273.15度下限,高温是否有上限?可能许多人不相信

138亿年前,一场“爆炸”诞生了我们现在生活的宇宙。而在“爆炸”的瞬间,一些维持宇宙平稳运行的物理量也随之出现,比如充斥我们生活方方面面的温度。

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对于地球上的生物来说,适宜的温度是生存的必要条件,如果每天没有太阳给地球传送热量,那么地球从最开始就不会有孕育生命的可能,现在也就不会有创造出辉煌文明的人类。

正因为适宜的温度是生命生存的根本条件之一,所以它现在也成为了科学家们在宇宙中寻找人类另一家园的重要参考依据之一。

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而太阳不仅给地球带来了孕育生命的可能,同时也给地球带来了奇妙的四季变化。对于人类来说,对四季最直观的感受就是温度的变化,比如寒冷刺骨是冬天,骄阳似火是夏天。

数百年来,随着人类科技的不断发展,对温度这一基础物理概念的认识也在不断刷新着,甚至还发现了它的下限——绝对零度(-273.15℃)。

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爱因斯坦在相对论中提出,宇宙中速度的极限是光速,任何有静止质量的物体都无法达到或超越这一速度,它们只能无限的接近。

而从理论上来说,绝对零度的属性其实和光速极为相似,因为同样没有任何物质能够真正达到绝对零度,也只能是无限接近。

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不过,如果硬要让它们比出个高低,恐怕还是绝对零度更胜一筹,毕竟光速至少还有光子能够达到,而在现有的理论体系下,绝对零度却没有任何达到的可能。

目前人类最接近绝对零度的成果,是将一个铑原子的温度降到0.000000 0001开尔文,也就是比绝对零度的-273.15℃高0.0000000001摄氏度。

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而看到这里肯定有朋友心中已经产生了一个疑惑:既然低温有绝对零度这个下限,那么高温是不是也有一个上限呢?可能许多人不相信。

在大部分人的认知中,温度的本质是物质内粒子运动的剧烈程度,当物体内所有粒子的运动程度降到极限时,温度就达到了绝对零度。相反,当物体内粒子运动的剧烈程度达到或接近光速时,温度就达到了上限,也就是常说的普朗克温度。

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其实这种想法从根本上就错了,因为普朗克温度根本就不是温度的上限,类似的错误还有普朗克时间是宇宙中最小的时间、普朗克距离是宇宙中最短的距离等等。

其实普朗克xx,只是意味着达到这个程度之后,人类现有的理论必然会失效,也就是不知道后面是什么了,它已经超出了人类现有的认知和理论,研究这个对人类来说毫无意义,但这并不意味着它就是尽头。

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目前,对温度的定义主要有两种,第一种是通过做功来定义的热力学温度。这种温度定义需要一个前提,那就是物体内包含大量的粒子,在热平衡的情况下能够定义温度。

在这种定义之下,按照热力学第三定律不可能达到绝对零度,所以宇宙中的温度存在-273.15℃的下限。但它却是没有任何上限的,只要永不停息地做功,系统内的内能就可以一直升高(不可虑宇宙尺度)。

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第二种定义温度的方法则是通过粒子的平均动能,也就是我们平时对温度的理解,即粒子运动的剧烈程度。

通常情况下粒子的运动速度肯定是远远小于光速的,而一旦它们的运动速度接近光速时,就会发生大家所熟悉的相对论效应。虽然速度不能无限制地增加,但是能量却可以。

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在用粒子平均动能定义的温度概念下,温度的上限其实是无穷的,所以它还是没有一个明确的上限。

目前,人类所能创造的最高温度诞生于欧洲核子研究中心。科学家们在使用强子对撞机进行寻找各种奇妙的粒子时,曾产生过相当于10万亿℃的黑体辐射的能量,也就是奇点大爆炸后万分之一秒的温度。

总的来说,在现有的理论体系之下,低温是有绝对零度、也就是-273.15℃的下限的,而高温理论上是没有任何上限的,如果忽略宇宙尺度的存在,它可以无限制的升高。

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页面更新:2024-03-27

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