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开尔文 宇宙“忽冷忽热”的进化史,你了解多少?

更新时间:2024-01-25 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

当我们判断其他行星是否适宜居住时,我们往往遵循以下三个标准。 首先,它们是否含有液态水。 其次,温度是否合适,或者是否有能够实现良好温度控制的气氛。 第三,是否有磁场可以帮助我们防御辐射? 温度是液态水能否形成的关键。 如果太低,就会成为像冥王星一样的“冰冻死星”。 如果太高,就会像金星一样,雨水在到达地面之前就会蒸发。uDM物理好资源网(原物理ok网)

多年来,科学家们对宇宙温度的数值进行了推断,并且上限有不断增加的趋势。 目前宇宙最高温度为1.4万亿万亿度,但下限已固定为-273.15℃。 两者之间存在显着差距。 人们不禁好奇,为什么宇宙的最低温度只能是-273.15℃? 这个值是怎么得到的呢? 未来最低气温纪录会被打破吗?uDM物理好资源网(原物理ok网)

带着这些问题,让我们走进宇宙“冷热”的演化史,看看-273.15℃的世界是什么样子? 在此之下,一切都会处于“绝对静止”吗?uDM物理好资源网(原物理ok网)

温度到底是什么?uDM物理好资源网(原物理ok网)

普通人感知和定义温度的方式比较简单粗暴。 我们通常只用冷和热来定义温度。 至于用什么感知? 当然,这是用自己的身体来衡量的。 比如,如果让你冬天穿短袖衣服出去,你肯定不会愿意,因为你的身体对冬天的“冷温度”有一个清晰的认识,而这种认识牢牢地刻在了身上。你的想法。uDM物理好资源网(原物理ok网)

事实上,温度本身就是一个物理量。 现在的物理学家认为,温度的详细解释应该是“物质热运动的物理量”。 这个说法告诉我们,温度取决于物质的存在。 如果没有物质,那么温度就没有意义了。 可见,大爆炸产生物质之前,宇宙中不仅没有时间、空间,而且也没有温度。 事实上,温度与两者类似,都是宇宙中的一个尺度。uDM物理好资源网(原物理ok网)

温度的测量只能通过物体的某些变化特性来确定。 这种测量方法属于间接测量,用来测量温度的标度称为温标。 温标有多种级别,例如开尔文单位、华氏温标、摄氏度和黎巴嫩温标。 温标等。开尔文单位最为特殊,因为它使用绝对零作为起始温度,常用符号K表示。uDM物理好资源网(原物理ok网)

开尔文温度与人们习惯使用的摄氏温度之差是一个常数273.15,即=+273.15(是摄氏温度的符号)。uDM物理好资源网(原物理ok网)

我们日常生活中经常使用的温标是摄氏度。 该温标以标准大气压下的冰水混合物作为起始温度,即0度。 需要注意的是,这里0度的定义发生了变化。 与开尔文单位不同。 华氏度是美国和一些欧洲国家常用的温标,符号为℉。uDM物理好资源网(原物理ok网)

测量温度的方法有很多种。 较常见的一种是接触式测温法。 这种方法通常采用温度测量装置直接接触被测物体。 我们发烧时使用的传统体温计就是采用这种方法。 但这种方法常常因接触不良而导致测量结果出现误差。 这可能就是为什么当您将温度计放在腋下时,医生会指示您不要移动温度计。 。 除了这种方法之外,还有一种非接触式测温方法,但这种测量方法误差较大。uDM物理好资源网(原物理ok网)

宇宙最高温度1.4万亿万亿度uDM物理好资源网(原物理ok网)

科学界一直在孜孜不倦地探索宇宙何时以及如何诞生的问题。 目前,最被广泛认可的理论是“宇宙起源大爆炸理论”,而这一理论多年来也得到了很多意见。 有证据支持。 因此,经过多次推导和计算,科学家认为宇宙最高温度为1.4万亿万亿度,发生在大爆炸那一刻。 这也是宇宙理论上的最高温度。uDM物理好资源网(原物理ok网)

上面我们在介绍温度的基本概念时提到,从微观角度来看,温度其实就是物体分子运动的强度。 因此,如果宇宙的诞生真的起源于大爆炸,那么爆炸开始时物质运动的频率一定是“无穷大”,而温度与物质运动的频率成正比,所以最高温度宇宙的诞生初始温度是没有误差的。uDM物理好资源网(原物理ok网)

虽然大爆炸开始时的温度达到了1.4亿万亿度,但此后温度开始下降。 例如,大爆炸后10-32秒,温度降至1000亿度。 科学家指出,在宇宙爆炸初期,由于温度太高,电子无法与原子核结合形成原子。 无数的电子在宇宙中徘徊,变成了等离子体。 这是冒着热气的宇宙,就像一个大锅,里面装满了混沌之物。uDM物理好资源网(原物理ok网)

38万年前宇宙诞生后,温度逐渐降至6000℃。 很多人会发现,此时宇宙的温度与太阳表面的温度非常相似。 因此,原子的形成终于可以顺利进行开尔文,宇宙也从一锅“混沌粥”演化成了清澈的东西。uDM物理好资源网(原物理ok网)

在不受电磁辐射干扰的情况下,原子聚集在一起形成气体云,气体云在自身重力作用下开始塌缩,形成第一批恒星和星系。uDM物理好资源网(原物理ok网)

值得一提的是,宇宙从极端高温下降后,又开始升温,因为根据红移现象,我们可以知道宇宙仍在膨胀,而这种升温是由引力塌缩引起的。宇宙的结构在未来还将继续下去。 继续。uDM物理好资源网(原物理ok网)

宇宙最低温度-237.15℃uDM物理好资源网(原物理ok网)

宇宙的最高温度是140,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,今天在宇宙中,最低温度是仅-273.15℃。 上下限的巨大差距实际上完全是因为温度本身与物质分子运动的速度有关。 比如大爆炸初期,所有物质都在快速运动,所以摩擦力很强开尔文,产生大量热量,温度自然就高。 但最低温度要求物质运动趋于静止状态,或者物质运动速度最小时。 此时测得的温度为-273.15℃。 这个温度一直被称为“绝对零”。uDM物理好资源网(原物理ok网)

虽然我们根据物质接近停止运动的状态推导出了最低温度值,但目前我们发现的宇宙最低温度实际上并没有达到-273.15℃。 宇宙中最冷的地方是布莫让星云,也称为回旋镖星云或鲍蒂星云,距离地球约5000光年,温度为-272°C。uDM物理好资源网(原物理ok网)

那么人们是如何发现这个绝对零值的存在的呢? 事实上,它经历了一个漫长的论证过程。 16世纪,法国物理学家阿蒙发现了温度与气压之间的密切联系,并推导出温度下降极限在-246℃左右。uDM物理好资源网(原物理ok网)

1787年,法国物理学家查尔斯根据气体体积、压力和温度之间的关系总结出一条定律。 这后来被称为查尔斯定律。uDM物理好资源网(原物理ok网)

查尔斯定律:对于一定质量的气体,如果压力保持恒定,温度降低1℃,气体的体积将收缩0℃时体积的1/273。 根据这个计算,我们得到一个结果:宇宙的最低温度是-273.15℃。uDM物理好资源网(原物理ok网)

可见绝对零的概念与物质本身有关。 如果温度达到-273.15℃,那么物质的体积就会消失,没有物质的存在,温度也就不存在了。 所以,大家应该都能明白为什么。 最低温度只能无限接近-273.15℃,但永远达不到。uDM物理好资源网(原物理ok网)

让我们简单地解释一下。 以我们家的冰箱为例。 冰箱内壁通常有制冷剂不断循环。 所以想要冰箱达到绝对零,就必须让制冷剂的温度高于绝对零。 仍然很低。 在绝对零时,分子完全停止运动。 怎样才能有办法让分子运动得比静止时慢呢? 这无疑是不可能实现的,所以绝对零的价值仍然只存在于概念上。uDM物理好资源网(原物理ok网)

超低温现象uDM物理好资源网(原物理ok网)

不得不说,虽然我们的实验无法达到绝对零,但超低温现象却可以帮我们不少忙。 当温度很低时,有些物质会表现出不同的现象。 根据这一特点,“超低温”被广泛应用于航天、农业、医药等领域,并能获得意想不到的惊喜。 许多新兴成果可以造福人类。 。uDM物理好资源网(原物理ok网)

那么我们先来看看超低温下的一些“奇迹”。 当温度达到-190°C时,我们的空气就会变成浅蓝色液体。 没错,我们认为看不到、摸不到的东西在超低温下会变成液体。 金属在超低温下要么冻结成固体,要么变成粉末。 所谓的“超导现象”也会发生。uDM物理好资源网(原物理ok网)

超导现象意味着此时金属的电阻变为0。电阻为0意味着电流可以毫无阻碍地通过物体,产生超强磁场。uDM物理好资源网(原物理ok网)

如果能利用超低温制造“超导体”,功耗将进一步降低,发电效率将大幅提高。 因此,在能源利用领域,超导电力传输、超导储能和超导电机都备受追捧。 此外,磁悬浮列车、核磁共振成像、超导反潜、电磁推进等技术都有超低温技术的贡献。uDM物理好资源网(原物理ok网)

此外,科学家还发现,超低温下会出现“超流体现象”。 这种流体的特点是完全没有粘度。 因此,当它放入环形容器中时,它会进行无穷无尽的循环运动。 然而,超流体形成的温度条件更为严格,甚至比超导体还要低。 液氢4在冷却到2K以下后可以表现出超流现象。uDM物理好资源网(原物理ok网)

人体的温度耐受极限uDM物理好资源网(原物理ok网)

宇宙中的高温和低温显然是我们人类无法忍受的。 毕竟我们的身体是非常脆弱的。 如果暴露在极冷或极热的环境中,我们可能会在短短十秒钟内彻底死亡。 然而,仍有一些人挑战了人体的极限温度。uDM物理好资源网(原物理ok网)

科学家发现,人体可以在71℃的干燥高温环境下生存一个小时。 当达到104°C时可以持续26分钟。 这个结果是相当令人震惊的。 毕竟,在我们的理解中,如果超过60°C,我们可能就会失去知觉。 所以我们的身体还是可以散热的。 如果超过散热极限,我们就会死亡。uDM物理好资源网(原物理ok网)

但对低温的耐受力不是那么强。 当气温过低,我们身体的核心温度低于35℃时,就会出现体温过低的症状。 患有这种情况的人可能会变得神志不清,并在混乱中脱掉衣服。 可见,有时人体能忍受的低温与高温相比还是很有限的。uDM物理好资源网(原物理ok网)

结论uDM物理好资源网(原物理ok网)

通过这篇文章,我们知道温度与物质运动的速度有关。 宇宙中的高温和低温之所以如此不同,是因为物质运动最慢的速度只能变得静止,这是不可能实现的,更不用说想象了。 比现在还慢。uDM物理好资源网(原物理ok网)

然而,温度作为一个尺度,只是宇宙众多尺度中的一个,仍然存在不确定性。 很难说随着我们对“物质”微观世界的更多了解以及对宇宙宏观世界的发现,是否会探索新的“极限”。uDM物理好资源网(原物理ok网)

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