宇宙中既然不存在最高和最低温度,那么它们是怎么测量出来的?

2020-06-02 09:29发布

1条回答
信阳彭于晏
1楼 · 2020-07-09 14:12.采纳回答

绝对零度和普朗克温度的来历

中学就有温度的准确定义:微观粒子的运动在宏观中的表现,粒子的运动速度越低,那么它的温度也就越低,因此绝对零度的定义就是当物质的微粒运动速度等于零时,温度就达到了最低,也就是是绝对零度!

这个微观粒子不运动的温度是-273.15℃,也就是K氏温标的0K,家里的冰箱就能轻易达到零下十几度,干冰可以达到-78.5℃,液氮可以达到-196℃,但使用介质带走热量这种方式不可能无限下探,因为根据你无法通过有限次循环达到和介质一样的温度,而介质本身也不可能低于绝对零度!

因此绝对零度-273.15℃只是一个计算值,它不是通过测量得出的,而是根据科学的计算得到这个温度,不过比较有趣的是,假设微观粒子不运动这种方式还催生了一种新的制冷方式,也就是激光多普勒效应制冷,即利用激光频率的多普勒效应来让原子无限接近“停止”运动,以此来达到宇宙中最低的温度,国际空间站的冷原子云实验达到了宇宙中最低的温度:-273.1499999999 ℃,但距离绝对零度仍然有一步之遥!

普朗克温度的来历

粒子停止运动就是最低温度,那么当粒子最高速度运动时就是最高温度了,没错,物理世界就是这么暴力!而这个速度的上限就是光速,普朗克温度就是假设粒子在运动速度达到光速时的温度,这个温度为:

普朗克温度的计算

什么时候会达到这个条件呢?宇宙大爆炸前的奇点,当宇宙中所有物质都坍缩在一个奇点内时,运动速度达到了最高,所以这次事件发生在138.2亿年前,我们同样无法测量,当然也根本没有这样的工具可以测量。

太空中温度很低吗?

这是一个非常有趣的问题,其实并能以这种方式来形容,我们上文说了,温度的表现就是微观粒子的运动造成的,太空中,也就是接近真空,每立方厘米可能原子的数量最多也就几十个氢原子,太阳辐射可以让它们的温度升高很多,但它们却难以表现成宏观的温度,因为总量太少了!

所以在大气层距离地面大约80千米到500千米左右这一层的空间,有一个热层,此处的大气温度因为受到太阳辐射中的高能粒子轰击,温度可达上千度,但因为其密度太低了,因为公认的太空是在100千米的卡门线以上,所以说太空的温度这样形容是不太合理的。


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