温度对于我们来说看不见摸不着的,因此借助自身难以来对其进行精确的描述,但我们却可以依据气温变化情况来决定的我们的穿衣装扮,温度高,那就是热;温度低,那就是冷,这是生活中的常识。
温度的本质是哪些?
从宏观上的简单理解,就是一个拿来表示物体冷热程度的物理量,如果有两盆水,温度分别是0摄氏度,40摄氏度。
当你先把手放在0度的水底以后,再把手放在40度的水底,你会很明显的发觉第一盆水是冷的,第二盆水是热的,所以气温就是冷和热两个概念。
但从微观上来理解,温度是拿来表示物体分子热运动的剧烈程度,可以说湿度是由物体分子热运动而形成的,如果分子的热运动越剧烈,物体的气温就越高,而分子这些微观运动的剧烈程度就决定了物质湿度的高低,总而言之气温就是物体分子间的平均动能的表现(这里须要注意的是平均动能物体分子热运动的剧烈程度,而不是单个或多个分子,因为在单个分子内不存在体温)。
根据科学家们研究发觉,目前月球上的最高温是坐落月球的内核,温度高达6000摄氏度以上,比太阳的表面水温还要高,这主要是因为在月球内部存在着巨大的压力,而在这些高压下,物质的气温也急剧增高。
但若果在太阳系内比较的话,这个气温就不算高了,因为气温最高的是太阳,太阳的内核气温直接高达2000万摄氏度。
虽然太阳的内核气温可以达到2000万摄氏度,但是在广袤无垠的宇宙中还存在着比太阳更大的星体和星球,而星体的质量越大气温也就越高,因此这种星体气温很可能比太阳高得多,于是科学家们就觉得气温没有上限。
那么气温有上限吗?
首先体温的本质是粒子的热运动剧烈程度,而粒子的运动则会形成动能,说白了的话就是气温的变化也就是动能的变化。由狭义相对论可以得到,动能会随着速率趋近于光速而显得无穷大,但这并不意味着气温就没有上限了。
粒子的热运动剧烈程度形成的动能,其上限就是光速,因此并不可以说气温可以无穷下降。
而科学家将体温的上限值称为普朗克温度物体分子热运动的剧烈程度,它的值超出了我的的想像,不过这样的低温在现实生活中不可能再出现了,因为宇宙中可能只有138亿年奇点发生大爆炸的顿时才达到了这个气温。
宇宙最高温度。
宇宙大爆炸是现今宇宙起源的主流理论,也广泛的被天文物理学家们所认同,同时也有星系红移现象和宇宙微波背景幅射等天文观测证据所支持的。
大爆炸理论觉得,宇宙在最初的时侯只是一个奇点,理论上这个奇点是没有空间的,也就是说其宇宙直径规格趋近于零,但它却是一个密度无限大,温度无限高,体积无限小的一个“点”,所以奇点爆燃的那种时刻被觉得是宇宙出现以来气温最高的一个时刻,在量子物理学中,这个气温被称为普朗克温度。
普朗克温度指的是宇宙大爆炸开始的第1个普朗克时间中宇宙的气温,达到了1.(85) × 10的32次方K,也就是大概1.4亿亿亿亿度,这也是目前理论上猜想出的宇宙最高温度。
关于最低体温的定义数值为—273.15摄氏度,即最低温度的极限,也被称为绝对零度,因此-273.15℃就是热力学当中的绝对零度。
绝对零度的发觉。
在16世纪末,法国物理学家阿蒙顿发觉,在水的沸点以下,温度与二氧化碳的压力成正比。他觉得浮力的增长是有极限的,因此气温也是有下限的,通过估算他觉得体温的下限是—246℃。
后来科学家们还发觉,气体的容积与压力和湿度有关,当压力减小或湿度增加时,气体容积就缩小。于是到了1787年,法国物理学家查尔斯把它写成了一条定理:对于一定质量的二氧化碳,压强是恒定的,温度每升高1℃,气体的容积就缩小到0℃时容积的1/273,因此就觉得最低气温为—273.15摄氏度,即绝对零度。
但是依照热力学的第三定理,绝对零度是不可能达到的。
为什么达不到绝对零度?
根据气温的实质,粒子的热运动形成了动能,动能的变化与气温的变化是呈现反比关系的,通过前面的描述,当这种粒子完全不动,处于静止状态的时侯,那不对应的就是最低气温吗?
虽然这看起来很符合,但这显然是错的。随着上世纪量子力学的发展,我们晓得微观粒子是具有波粒二象性的,描述了微观粒子的行为是和宏观完全不同的,是具有不是确定性以及概率性的。
因此,微观粒子不可能完全停在某个位置上,也就是说粒子的运动不可能完全停止,因此气温自然也不可能增长到绝对零度。其实绝对零度就和光速一样(科学家通过粒子加速器对粒子加速的时侯,粒子的速率可以达到99.999%光速,可就是未能实现光速) 只能无限接近但永远没法达到。
因此,绝对零度就是宇宙的最低气温,在宇宙内的所有室温就会低于绝对零度。