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宇宙中的溫度:從可怕的寒冷到難以想象的高溫

 楚科奇0118 2020-05-15

    對于一個習(xí)慣了地球氣候的人來說,很難去想象太空中的惡劣條件。甚至可以想象一下這樣的情況:一個撒哈拉的居民,不太可能想象北部嚴(yán)酷的冬天,反之亦然?,F(xiàn)在讓我們看看其他行星的溫度,例如,在金星的表面(大約為+462℃,這足以融化鉛?。?,回憶一下,我們?nèi)ミ^最熱的桑拿浴以及我們的感受,但這根本無法與金星表面溫度相比!或者說,冥王星的表面溫度(大約-220℃),同樣可以對比一下,在寒冷的天氣里,我們站在公共汽車站等公共汽車的感受,很明顯,這是無法比較。

宇宙溫度有多極端?

下面,讓我們來談?wù)勎覀冏钕矚g的物理學(xué)。

    溫度是量化物體熱度的一個量。因?yàn)椴粌H可以加熱物體,而且還能加熱物質(zhì)(液體或氣體),所以溫度被定義為粒子的動能程度。

    在遠(yuǎn)離恒星的宇宙中,溫度可為絕對零度,即:負(fù)273.15攝氏度。絕對零度是粒子處于零動能的狀態(tài)。然而,從量子物理學(xué)的角度來看,在絕對零度下,由于粒子的量子特性及其周圍的物理真空,所以存在著零漲落。

    這種可怕的寒冷真的是難以想象:例如,在土星的衛(wèi)星上,土衛(wèi)六大約為零下180度。在這個溫度下,甲烷可以變成液體。此外,科學(xué)家們在它的表面發(fā)現(xiàn)了甲烷河流和海洋?;仡櫼幌纶ね跣牵谒砻?,氣體會凍結(jié)成固體冰。想象一下,我們的身體會發(fā)生什么。

    另一方面,有了熱量后,熱的指標(biāo)會比冷的指標(biāo)高得多。也許有人會說,金星只是個開始。下面,就讓我們來看看其他具有熱的東西。

    從恒星的光譜中,我們可以判斷出恒星的溫度以及它的化學(xué)成分。下面我將給出一張表,清楚地顯示了恒星的溫度和顏色。

很難想象那是什么感覺,不是嗎?但這不是極限!

    1899年,德國理論物理學(xué)家馬克斯·普朗克(Max Planck)提出了自己的溫度測量理論。他決定對基本常數(shù)進(jìn)行分組,以便得到一個具有簡單維度的特定復(fù)數(shù)。

    普朗克溫度為1.416833(85)×10^32 K。即使是這些數(shù)字,但也很難讓人意識到。

    在量子力學(xué)中,這是極限?,F(xiàn)代物理學(xué)無法用更高的溫度來描述任何東西,因?yàn)樗狈λ沟俜摇せ艚鹚胂蟮囊α孔永碚?。在普朗克溫度之上,粒子的能量會變得如此之大,以至于它們之間的引力可以與其他基本相互作用相媲美。人們認(rèn)為,這是大爆炸時的溫度。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)上的實(shí)驗(yàn)(LHC)

    2010年11月7日,科學(xué)家在大型強(qiáng)子對撞機(jī)上進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中,創(chuàng)造了一個絕對溫度記錄,即:10兆攝氏度!

    在功能最強(qiáng)大的粒子加速器上,科學(xué)家們希望獲得一種夸克-膠子等離子體,在宇宙大爆炸后的最初時刻,該等離子體就充滿了整個宇宙。為了做到這一點(diǎn),科學(xué)家們以接近光速的速度,碰撞了具有巨大能量的鉛離子束。在重離子的碰撞中,開始經(jīng)歷了“微型大爆炸”,即:一個密度很大的火球,但溫度高得讓人難以想象。應(yīng)該注意的是,在這樣的溫度和能量下,原子核會熔化,并從夸克和膠子中形成一種液體。研究人員設(shè)法獲得一種自宇宙誕生以來且溫度最高的夸克膠子等離子體。

    試想一下:產(chǎn)生的夸克膠子等離子體的溫度比太陽核心的溫度高出20萬倍!

    還會有更熱的東西嗎?

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