人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?

2020-09-30 13:32:15 822 views
摘要

值得注意的是,這項研究在進行時,粒子被加速到亞光速,然後發生高速碰撞,產生了5.5萬億攝氏度的超高溫。

2013年3月14日,歐洲核子研究組織(CERN)發表了一篇新聞稿表示:他們的大型強子對撞機的緊湊渺子線圈探測到了兩個希格斯玻色子。

值得注意的是,這項研究在進行時,粒子被加速到亞光速,然後發生高速碰撞,產生了5.5萬億攝氏度的超高溫。

之後的實驗中,通過粒子間的高速碰撞,又再次打破了這個紀錄,誕生了有史以來人造最高溫——10萬億攝氏度。

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


在生活中,可能對很多人來說,幾千攝氏度,就是他們認知下的高溫了。即使是太陽表面,也不過5500攝氏度,太陽內核則是1600萬度。很難想像10萬億攝氏度是什麼概念。

既然如此,那溫度有沒有上限,上限又是多少呢?

根據科學界的主流觀點,在138億年前,宇宙曾處於一個密度極大且溫度極高的奇點狀態,之後由於某種原因,開始快速的膨脹和冷卻,這一現象稱之為「大爆炸」。

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


在大爆炸的第一個瞬間,宇宙的溫度達到了普朗克溫度,這正是宇宙中溫度的上限。

現在人類所創造的最高溫度已達10萬億℃,那為什麼人類所能創造的最低溫度,卻連-273.15℃都達不到呢?

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


想要知道這個問題,首先讓我們來了解一下溫度的本質。

從微觀上來講,溫度代表物體分子熱運動的劇烈程度。

當粒子的平均動能越高,那麼在宏觀上,物體所表現出的溫度也就更高。

由於粒子的質量很小,當粒子的速度接近光速時,動能就會非常大,所以粒子之間高速碰撞才會誕生極高的溫度。

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


世界上所有的宏觀物質都由巨大數量的微觀粒子構成(分子、原子、電子或點陣粒子等等)。

初中我們就學過:分子在永不停息的做無規則運動,而粒子與粒子之間的每次碰撞,又加劇了運動的無規律性,所以物質分子碰撞的劇烈程度還會隨著溫度升高而加劇。


人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


所以理論上當粒子動能低到量子力學的最低點時,物質的溫度將達到熱力學的最低溫度:絕對零度,即-273.15℃。

然而,根據熱力學定律,絕對零度是永遠無法達到的,只能無限逼近。

因為任何空間都必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始就沒有任何能量熱量。

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


NASA的物理學家團隊,為了觀測幾乎固定不動的極寒冷原子,他們的冷原子實驗室(CAL)被送上國際空間站,挑戰極寒溫度-273.149999999999℃,僅比絕對零度高0.000000000001℃。

之所以要在太空中進行實驗,是因為在地球上,重力會影響我們控制冷原子,導致我們能連續觀察超低溫環境下原子云的時間不超過兩秒,但在太空中,可以觀察5到10秒。

雖然只是多了幾秒,但是物理學家們便可以再一次向那些原子施加磁場,把他們的溫度降到更低。浩瀚宇宙最大謎團的答案,或許就蘊藏在這位於地球軌道上的一小團極寒原子云中。


人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


至於為什麼零上溫度和零下溫度會相差這麼多呢?實際上在熱力學中,以開爾文計量的溫度標準成為熱力學溫標,其零點就是絕對零度即0K。

而在我們日常生活中,為了使用方便,將水的冰點定為0℃,沸點定為100℃。然後把它們之間均勻分成100份,每一份就是1攝氏度。

人造最高溫度已達10萬億度,最低溫度達不到-273.15度?


所以說,並不是零上溫度和零下溫度相差巨大,只不過是處於的起點不同罷了。

隨著科技水平的進步,或許某一天我們能在小數點後再多幾位9,更加接近0K,但科學規律是永遠無法打破的。

avatar