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为什么高温可以无限,而低温最低是273

来源:热处理 时间:2023/12/18
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绝对零度是-.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-℃,但继续往下,显然难度就越来越高!但高温却很容易到达数百度,点根火柴就差不多-℃了,一般的热处理炉温就到上千度了,高炉则1℃以上,当然最简单的还是电焊电弧的温度,轻松超过℃!

但这远没有上限,太阳表面5℃以上,天狼星超过℃,中子星表面超过万摄氏度,而中心则超过了亿度,而中子星碰撞时候则温度更高……似乎没有一个上限,为什么低温有个下限,而高温却没有上限?

温度的本质是什么?

曾经热质说非常流行,当时的科学界普遍认为热质是一种无质量的气体,物体吸收热质后温度会升高,热质会有温度高的物体流向温度低的液体!热质能解释很多发热现象,但却无法解释摩擦生热,比如年时,英国科学家伦福德在监造大炮时就发现,磨钝了钻头比锋利的钻头产生热量要高得多!有意思的是18世纪末期,还有科学家认为冷也是一种物质!

摩擦生热

焦耳在年进行多次导体通电发热的实验后认为不过热只是一种能量的形式,而随着热机理论的发展和布朗运动的发现,热质说逐渐被粒子运动论所代替,早在年丹尼尔·伯努利发表著作《流体力学》中,伯努利提出,气体是由大量向各个方向运动的分子组成的,分子对表面的碰撞就是气压的成因,热就是分子运动的动能。年罗蒙诺索夫第一次明确提出热现象是分子无规则运动的表现,可惜伯努力和罗蒙索夫的观点没有被当时所接受!

十九世纪中期克劳修斯和麦克斯韦玻尔兹曼统计定律发布,但热质论支持者仍然认为微粒运动只是假说,给热质说这个大棺材钉上最后一根钉的是爱因斯坦和马利安·斯莫鲁霍夫斯基关于布朗的论文,自此热质说被彻底抛弃!

最低温度和最高温度的来历

前文我们知道了物质的温度取决于原子、分子等粒子的动能,根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布粒子动能越高,物质温度就越高,那么当粒子的动能低到量子力学的最低点时,物体也就达到了最低温度,因此最低温度即粒子不运动的温度,这是可以计算出来的!

这个理论最低温度就是绝对零度,也就是微观粒子不运动的温度:-.15℃,但这个温度是无法达到的,因为我们无法通过有限的循环将温度降到这个值以下,另一个则是粒子宏观运动可以让其静止,但量子力学中的运动我们却无法控制,所以-.15℃只是一个理论值,我们永远都无法达到,即使宇宙未来热寂时的温度!

不过这个理论却可以用来创造最低的温度,即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:-.℃,但距离绝对零度仍然有一步之遥!

宇宙中最高的温度又是多少?

粒子不运动就是最低温,那么运动最高速就是最高温度,这个温度普朗克已经帮算好了:

1.(33)×10^32K

这里必须要了解下粒子运动的最高速度,似乎没有上限?但狭义相对论已经规定了速度的上限是光速,因此粒子运动也必须遵守这个规律,因此宏观物体的理论最高温度就是微观粒子在光速下的运动速度!与绝对零度相比,这更是一个人类无法企及的温度!

宇宙诞生时的温度

在本宇宙中只有一次机会有过最高的普朗克温度,也就是奇点时的温度,当整个宇宙处在一个奇点时大达到了这个温度,但我们并不知道这个奇点维持了多久,因为那会时间都还没有起点,自这个奇点膨胀以后,温度就一路下降,到10^-6S后,温度将下降到了能让夸克在胶子的作用下诞生重子,之后就是太初核聚变,再后则是光子时期,一直到38万年后等冷却到光子可突破束缚,在宇宙中传播,这个界限就是微波背景辐射!

所以相对于普朗克温度,还是绝对零度和我们接近一点!

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