炎热的夏天过去了,萧瑟的秋天来临了,不过相信大家对高温很热的理解是正确的。在夏天40度的高温下,汗如雨下。;当然,如果冬天零下十多度,肯定会结成冰!这是错的吗?
的理解确实是正确的,但是在地球大气层层中,大约在80公里到500公里之间,有一个温度高达1000~2000℃的热层,而在这里,绝对是九天严寒啊,为什么会这样?
热层温度那么高,怎么还是这么冷?
热圈的温度确实高,但也无疑是冷的,为什么会这样?大气中的热层已经进入准真空范围。比如过了100公里的卡门线之后就是太空了。太空冷吗?当然是冷了!但是下面我们介绍了温度的准确定义之后,空间就不能用冷来定义了!
准空间的气氛非常稀薄。在120公里以上的地区,空气稀薄,声波无法传播。到达270公里时,空气密度只有地面的十分之一。当超过300公里时,达到1000亿。一对一!
其实我们在这里也了解到,在这种情况下,温度需要大量的大气分子作为介质,这样我们才能真正感受到温度。当大气太稀薄时,即使这些大气分子已经被高能粒子撞击破坏,温度很高,但它们的总能量很低,我们仍然感觉不到。
温度的本质:微观粒子的运动
上面说的好像有点意思,但是不够直白。其实温度的本质是微观粒子的热运动造成的!几百年前,科学家们大谈燃素、热质量、分子热运动,然后爱因斯坦发表了一篇关于布朗运动的论文。人们普遍认为,温度的本质是微观粒子的运动!
布朗运动
理论空间是没有任何粒子的空间,里面没有所谓的微观粒子。所以,在这个空间之中,根本无法描述所谓的温度,因为根本就存在所谓的温度,那么空间为什么会这么冷?很简单,即使是真空,如果没有外界的能量补充,物体还是会以辐射的形式失去自身的热量,最终会与宇宙微波背景辐射相吻合!
宇宙微波背景辐射的“温度”是多少?2.725K,比绝对零高一点,即-270.425°C。简单地说,扔进宇宙中的物体会逐渐达到与宇宙背景温度相同的温度。太阳系中的物体当然不会,因为有太阳辐射,只是离太阳越远,温度越低!
在上文中,我们要补充一点,量子力学中的真空并不是空的,因为量子理论认为真空中也会有正负粒子对,但它们会瞬间湮灭。朋友,别当真!
宇宙曾经达到过最高温度,却永远达不到最低温度!
温度的本质是微观粒子的运动,那不就是粒子不动时的最低温度吗?确实是这样,因为上面的绝对零度是这样算出来的,所以绝对零度有一个我们理解的值,摄氏度是-273.15°C,K是0K!
听上去好像很简单,不动就是绝对的零,为什么在太阳底下不动不动的夏天还这么热呢?当然,这个不动是指宏观的不动。你身体里的微观粒子还在高速运动,这个方法是不行的。为了让你感觉凉爽,你必须使用空调,用制冷剂使房间内的热量循环。搬出去!
当然,再大的空调也不能通过这个循环降到绝对零。最接近的方式是激光多普勒制冷,使原子的振幅达到最小(无法停止)。用于国际空间站的冷原子实验。就是这个原理,据说达到了20万亿K的一分之一,只比绝对零高一点点……
即使在未来宇宙的尽头,也将是热寂的状态仍然无法达到绝对零,因为微观粒子的量子力学运动是不可避免的,所以它总是有一点点温度。
宇宙最高温度呢?
温度最低的是静止的粒子,那么粒子运动的最高速度自然就是最高温度,那么粒子运动的最高速度是多少呢?当然是光速。当运动粒子的速度达到光速时,计算出的温度就是宇宙中的最高温度,也称为普朗克温度。
温度是多少?1.4亿亿万亿摄氏度,也就是大爆炸时达到的温度是1.4×10^32K!这时候宇宙中的所有物质都处于奇点,粒子运动的速度达到了最高,但就在那个假想时间之后,大爆炸开始了,从此宇宙再也没有达到过这个温度,除非又开始坍塌了,不过,最近的诺贝尔奖获得者彭罗斯却支持宇宙循环,也就是说宇宙在未来会再次坍缩,然后再次爆炸!
大爆炸后,宇宙膨胀,温度下降。10^-36S,宇宙温度降到10^28K,强力与电弱力分离!当时间达到约10^-12S时,温度下降到约2万亿摄氏度。此时,宇宙是夸克和胶子的等离子“汤”。如果温度继续下降,夸克和胶子就会一起形成重子。(包括中子和质子),时间到了10^-6S!
然后宇宙继续膨胀,质子和中子聚集成氕、氘、氦和锂。最初的物质丰度就是这样来的,但此时宇宙中的温度仍然高达十亿K,还充满着等离子,一直到38万年后,温度下降到数千度。这时,光子挣脱了束缚,在宇宙中疯狂奔跑,所以这就是我们看到的宇宙微波背景辐射!
140,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。反正很热很热。。。