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開爾文 宇宙“忽冷忽熱”的進化史,你了解多少?

更新時間:2024-01-25 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

當我們判斷其他行星是否適宜居住時,我們往往遵循以下三個標準。 首先,它們是否含有液態水。 其次,溫度是否合適,或者是否有能夠實現良好溫度控制的氣氛。 第三,是否有磁場可以幫助我們防御輻射? 溫度是液態水能否形成的關鍵。 如果太低,就會成為像冥王星一樣的“冰凍死星”。 如果太高,就會像金星一樣,雨水在到達地面之前就會蒸發。pSf物理好資源網(原物理ok網)

多年來,科學家們對宇宙溫度的數值進行了推斷,并且上限有不斷增加的趨勢。 目前宇宙最高溫度為1.4萬億萬億度,但下限已固定為-273.15℃。 兩者之間存在顯著差距。 人們不禁好奇,為什么宇宙的最低溫度只能是-273.15℃? 這個值是怎么得到的呢? 未來最低氣溫紀錄會被打破嗎?pSf物理好資源網(原物理ok網)

帶著這些問題,讓我們走進宇宙“冷熱”的演化史,看看-273.15℃的世界是什么樣子? 在此之下,一切都會處于“絕對靜止”嗎?pSf物理好資源網(原物理ok網)

溫度到底是什么?pSf物理好資源網(原物理ok網)

普通人感知和定義溫度的方式比較簡單粗暴。 我們通常只用冷和熱來定義溫度。 至于用什么感知? 當然,這是用自己的身體來衡量的。 比如,如果讓你冬天穿短袖衣服出去,你肯定不會愿意,因為你的身體對冬天的“冷溫度”有一個清晰的認識,而這種認識牢牢地刻在了身上。你的想法。pSf物理好資源網(原物理ok網)

事實上,溫度本身就是一個物理量。 現在的物理學家認為,溫度的詳細解釋應該是“物質熱運動的物理量”。 這個說法告訴我們,溫度取決于物質的存在。 如果沒有物質,那么溫度就沒有意義了。 可見,大爆炸產生物質之前,宇宙中不僅沒有時間、空間,而且也沒有溫度。 事實上,溫度與兩者類似,都是宇宙中的一個尺度。pSf物理好資源網(原物理ok網)

溫度的測量只能通過物體的某些變化特性來確定。 這種測量方法屬于間接測量,用來測量溫度的標度稱為溫標。 溫標有多種級別,例如開爾文單位、華氏溫標、攝氏度和黎巴嫩溫標。 溫標等。開爾文單位最為特殊,因為它使用絕對零作為起始溫度,常用符號K表示。pSf物理好資源網(原物理ok網)

開爾文溫度與人們習慣使用的攝氏溫度之差是一個常數273.15,即=+273.15(是攝氏溫度的符號)。pSf物理好資源網(原物理ok網)

我們日常生活中經常使用的溫標是攝氏度。 該溫標以標準大氣壓下的冰水混合物作為起始溫度,即0度。 需要注意的是,這里0度的定義發生了變化。 與開爾文單位不同。 華氏度是美國和一些歐洲國家常用的溫標,符號為℉。pSf物理好資源網(原物理ok網)

測量溫度的方法有很多種。 較常見的一種是接觸式測溫法。 這種方法通常采用溫度測量裝置直接接觸被測物體。 我們發燒時使用的傳統體溫計就是采用這種方法。 但這種方法常常因接觸不良而導致測量結果出現誤差。 這可能就是為什么當您將溫度計放在腋下時,醫生會指示您不要移動溫度計。 。 除了這種方法之外,還有一種非接觸式測溫方法,但這種測量方法誤差較大。pSf物理好資源網(原物理ok網)

宇宙最高溫度1.4萬億萬億度pSf物理好資源網(原物理ok網)

科學界一直在孜孜不倦地探索宇宙何時以及如何誕生的問題。 目前,最被廣泛認可的理論是“宇宙起源大爆炸理論”,而這一理論多年來也得到了很多意見。 有證據支持。 因此,經過多次推導和計算,科學家認為宇宙最高溫度為1.4萬億萬億度,發生在大爆炸那一刻。 這也是宇宙理論上的最高溫度。pSf物理好資源網(原物理ok網)

上面我們在介紹溫度的基本概念時提到,從微觀角度來看,溫度其實就是物體分子運動的強度。 因此,如果宇宙的誕生真的起源于大爆炸,那么爆炸開始時物質運動的頻率一定是“無窮大”,而溫度與物質運動的頻率成正比,所以最高溫度宇宙的誕生初始溫度是沒有誤差的。pSf物理好資源網(原物理ok網)

雖然大爆炸開始時的溫度達到了1.4億萬億度,但此后溫度開始下降。 例如,大爆炸后10-32秒,溫度降至1000億度。 科學家指出,在宇宙爆炸初期,由于溫度太高,電子無法與原子核結合形成原子。 無數的電子在宇宙中徘徊,變成了等離子體。 這是冒著熱氣的宇宙,就像一個大鍋,里面裝滿了混沌之物。pSf物理好資源網(原物理ok網)

38萬年前宇宙誕生后,溫度逐漸降至6000℃。 很多人會發現,此時宇宙的溫度與太陽表面的溫度非常相似。 因此,原子的形成終于可以順利進行開爾文,宇宙也從一鍋“混沌粥”演化成了清澈的東西。pSf物理好資源網(原物理ok網)

在不受電磁輻射干擾的情況下,原子聚集在一起形成氣體云,氣體云在自身重力作用下開始塌縮,形成第一批恒星和星系。pSf物理好資源網(原物理ok網)

值得一提的是,宇宙從極端高溫下降后,又開始升溫,因為根據紅移現象,我們可以知道宇宙仍在膨脹,而這種升溫是由引力塌縮引起的。宇宙的結構在未來還將繼續下去。 繼續。pSf物理好資源網(原物理ok網)

宇宙最低溫度-237.15℃pSf物理好資源網(原物理ok網)

宇宙的最高溫度是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,最低溫度是僅-273.15℃。 上下限的巨大差距實際上完全是因為溫度本身與物質分子運動的速度有關。 比如大爆炸初期,所有物質都在快速運動,所以摩擦力很強開爾文,產生大量熱量,溫度自然就高。 但最低溫度要求物質運動趨于靜止狀態,或者物質運動速度最小時。 此時測得的溫度為-273.15℃。 這個溫度一直被稱為“絕對零”。pSf物理好資源網(原物理ok網)

雖然我們根據物質接近停止運動的狀態推導出了最低溫度值,但目前我們發現的宇宙最低溫度實際上并沒有達到-273.15℃。 宇宙中最冷的地方是布莫讓星云,也稱為回旋鏢星云或鮑蒂星云,距離地球約5000光年,溫度為-272°C。pSf物理好資源網(原物理ok網)

那么人們是如何發現這個絕對零值的存在的呢? 事實上,它經歷了一個漫長的論證過程。 16世紀,法國物理學家阿蒙發現了溫度與氣壓之間的密切聯系,并推導出溫度下降極限在-246℃左右。pSf物理好資源網(原物理ok網)

1787年,法國物理學家查爾斯根據氣體體積、壓力和溫度之間的關系總結出一條定律。 這后來被稱為查爾斯定律。pSf物理好資源網(原物理ok網)

查爾斯定律:對于一定質量的氣體,如果壓力保持恒定,溫度降低1℃,氣體的體積將收縮0℃時體積的1/273。 根據這個計算,我們得到一個結果:宇宙的最低溫度是-273.15℃。pSf物理好資源網(原物理ok網)

可見絕對零的概念與物質本身有關。 如果溫度達到-273.15℃,那么物質的體積就會消失,沒有物質的存在,溫度也就不存在了。 所以,大家應該都能明白為什么。 最低溫度只能無限接近-273.15℃,但永遠達不到。pSf物理好資源網(原物理ok網)

讓我們簡單地解釋一下。 以我們家的冰箱為例。 冰箱內壁通常有制冷劑不斷循環。 所以想要冰箱達到絕對零,就必須讓制冷劑的溫度高于絕對零。 仍然很低。 在絕對零時,分子完全停止運動。 怎樣才能有辦法讓分子運動得比靜止時慢呢? 這無疑是不可能實現的,所以絕對零的價值仍然只存在于概念上。pSf物理好資源網(原物理ok網)

超低溫現象pSf物理好資源網(原物理ok網)

不得不說,雖然我們的實驗無法達到絕對零,但超低溫現象卻可以幫我們不少忙。 當溫度很低時,有些物質會表現出不同的現象。 根據這一特點,“超低溫”被廣泛應用于航天、農業、醫藥等領域,并能獲得意想不到的驚喜。 許多新興成果可以造福人類。 。pSf物理好資源網(原物理ok網)

那么我們先來看看超低溫下的一些“奇跡”。 當溫度達到-190°C時,我們的空氣就會變成淺藍色液體。 沒錯,我們認為看不到、摸不到的東西在超低溫下會變成液體。 金屬在超低溫下要么凍結成固體,要么變成粉末。 所謂的“超導現象”也會發生。pSf物理好資源網(原物理ok網)

超導現象意味著此時金屬的電阻變為0。電阻為0意味著電流可以毫無阻礙地通過物體,產生超強磁場。pSf物理好資源網(原物理ok網)

如果能利用超低溫制造“超導體”,功耗將進一步降低,發電效率將大幅提高。 因此,在能源利用領域,超導電力傳輸、超導儲能和超導電機都備受追捧。 此外,磁懸浮列車、核磁共振成像、超導反潛、電磁推進等技術都有超低溫技術的貢獻。pSf物理好資源網(原物理ok網)

此外,科學家還發現,超低溫下會出現“超流體現象”。 這種流體的特點是完全沒有粘度。 因此,當它放入環形容器中時,它會進行無窮無盡的循環運動。 然而,超流體形成的溫度條件更為嚴格,甚至比超導體還要低。 液氫4在冷卻到2K以下后可以表現出超流現象。pSf物理好資源網(原物理ok網)

人體的溫度耐受極限pSf物理好資源網(原物理ok網)

宇宙中的高溫和低溫顯然是我們人類無法忍受的。 畢竟我們的身體是非常脆弱的。 如果暴露在極冷或極熱的環境中,我們可能會在短短十秒鐘內徹底死亡。 然而,仍有一些人挑戰了人體的極限溫度。pSf物理好資源網(原物理ok網)

科學家發現,人體可以在71℃的干燥高溫環境下生存一個小時。 當達到104°C時可以持續26分鐘。 這個結果是相當令人震驚的。 畢竟,在我們的理解中,如果超過60°C,我們可能就會失去知覺。 所以我們的身體還是可以散熱的。 如果超過散熱極限,我們就會死亡。pSf物理好資源網(原物理ok網)

但對低溫的耐受力不是那么強。 當氣溫過低,我們身體的核心溫度低于35℃時,就會出現體溫過低的癥狀。 患有這種情況的人可能會變得神志不清,并在混亂中脫掉衣服。 可見,有時人體能忍受的低溫與高溫相比還是很有限的。pSf物理好資源網(原物理ok網)

結論pSf物理好資源網(原物理ok網)

通過這篇文章,我們知道溫度與物質運動的速度有關。 宇宙中的高溫和低溫之所以如此不同,是因為物質運動最慢的速度只能變得靜止,這是不可能實現的,更不用說想象了。 比現在還慢。pSf物理好資源網(原物理ok網)

然而,溫度作為一個尺度,只是宇宙眾多尺度中的一個,仍然存在不確定性。 很難說隨著我們對“物質”微觀世界的更多了解以及對宇宙宏觀世界的發現,是否會探索新的“極限”。pSf物理好資源網(原物理ok網)

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