软件定制开发 六合的桎梏? 为何高温能到1.4亿亿亿亿℃, 低温却最多-273.15℃?

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软件定制开发 六合的桎梏? 为何高温能到1.4亿亿亿亿℃, 低温却最多-273.15℃?
发布日期:2024-07-30 13:35    点击次数:139
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0℃在咱们心中的印象就像一个“最先”,似乎恰恰位于高和缓低温的“中间”。惟一低于0℃,水就会结冰,天就会下雪;而惟一高于0℃,很快就会是百鸟争鸣。

在地球上这样说确乎没太大问题。但若是要把范围放大至通盘物理宇宙,咱们就会发现一个奇怪的怡然:

温度似乎是莫得上限的,不错圣洁冲破几百万,以致几千万、上亿摄氏度;

议论词,最低温度却被“设定”了一个临界值——“皆备零度”,也即是-273.15摄氏度。

为何会发生这样的歪邪怡然?难说念是有“造物主”确立了物理的规模,不允许东说念主类去触碰吗?

有“人命”的温度

物体的温度太高或者太低,物体的步地就会发生变化,融化、凝固、汽化。这些物理学限定咱们早在初中以致小学时就有所战斗,议论词,你是否思过一个更深档次的问题:

温度到底是怎样来的?它又为什么会发生变化?

这还要从微不雅物理宇宙运行证明。

人所共知,一个物体时时是由大批眇小的粒子所构成的,举例原子、分子和离子。这些眇小的粒子并非静止地“待”在物体的里面,而是物换星移都在进行永不休息的无端正畅通,包括直截了当的“平动”、围绕着某点的“动弹”以及畏缩一般的“振动”。

恰是这些仿佛有“人命”一般的粒子无时无刻不在进行的复杂的畅通,带来了物体的温度——因此,这样的畅通也被称四肢“热畅通”。

粒子的畅通越剧烈,畅通速率越快,那么物体的温度就会越高;反之亦然,若是粒子险些不进行畅通,那么物体的温度就会很低。

因此,温度在微不雅宇宙的界说也不错是“物体分子热畅通的剧烈进度”。

说到这里,为何物体的最高温不错无尽高,而最低温却有扫尾值这一问题的谜底就很昭着明晰。

当粒子畅通速率无尽快时,物体的温度天然也就可飙升至无尽高的进度;而粒子静止,完全不进行畅通时,物体的温度天然也就低到了表面所说的“皆备零度”。

表面“无尽”并非实质无尽

天然在表面上,物体的温度不错通过粒子的无尽加快达到无尽高,也不错由于粒子的静止达到皆备零度,不外在实质上,粒子是无法达到“无尽加快”或者是“完全静止”的皆备气象的。

爱因斯坦的狭义相对论中提议了两个最为要道的观念:光速不变道理和质能关系道理。咱们不错用一个公式来抒发这两个观念,那即是闻名的E=mc^2。在公式中,E代表的是能量;m代表的是物体的质料;c代表的是光速。

用道理的内容来证明,那即是:光速c是一个恒定的值,在职何参考系中,光速在真空中的速率都约为每秒299,792公里。而当一个有质料的物体不绝加快时,也即是在m不为0的情况下,它的畅通质料会不绝加多,由此获得的E也会不绝加多。

跟着速率不绝加快,就需要更大的能量E来进一步加快物体。而当物体的速率接近于光速时,其所需的能量也趋近于无尽大。换而言之,为了将物体加快到光速,表面上需要无尽的能量,这是履行中不可能达成的。

因此,四肢有分量的物体——粒子,其畅通速率不管如何快,都无法信得过到达光速,而只可无尽趋近于光速。

若是要问六合中温度最高的物体是什么,那还得把工夫追猜测138亿年前,六合大爆炸的那一刻。那时的六合还处在“奇点”的步地中,有着无尽高的温度、无尽高的密度以及无尽小的体积。天然咱们还不知说念这些数值的真是数字,但咱们不错用以类比粒子畅通速率无尽趋近于光速的物体。

六合大爆炸的那一刻,其温度数值达到了1.4168×10^32开尔文(K),卓著于1.4亿亿亿亿摄氏度傍边,险些依然超出了东说念主类的剖判范围——这是表面上物体不错达到的最高温度界限,科学家们将它定名为普朗克温度。

相通的道理,粒子的畅通速率再慢,也不可能完全静止,而只可无尽接近于“皆备零度”。

在量子力学中,通盘粒子的畅通都具有不笃定性,其位置、动量持久处于变化之中,是持久不行被东说念主类所同期精准测量到的。因此,量子场论领域出身了一个闻名的结论——“真空零点能”。

即使在皆备零度的真空要求下,联系我们仍然会存在“量子涨落”的怡然,这是由于在该环境中,仍然在不绝出身“虚粒子”,它会随时和另一枚“虚粒子”相碰而蓦然堙灭。这一怡然无法被东说念主类平直不雅测到,但又实质地存在着,使得即使是在真空的环境中,仍然存在量子态的能量波动。

在这样的要求下,粒子的热畅通会在表面上降至最低,通盘经典物理学敬爱敬爱上的动能都会解除。粒子天然保有着零点能,但这依然是量子态的最顽皮级能量,这一部分能量并不参与到热畅通中。

因此,皆备零度是一个表面上的温度下限,代表了粒子动能不可能再裁汰的气象,但履行中的粒子动能不管如何裁汰,都不可能达到皆备的静止——这也反向限定了,皆备零度在履行要求中是无法达到的,而只可无尽趋近。

你可能会好奇,皆备零度的-273.15摄氏度这一真是的数字,究竟是如何得出的?

实质上,这并非科学家们圣洁选拔的数字,也不是实验中确乎接近以致达到过的温度,而是通过表面推导笃定的。

在对于气体在压力、体积和温度之间关系的计议中,科学家们创造出了一个观念——“理思气体”,它是实质气体的简化步地,一种理思模子,使得其中的分子不占有体积,且分子间莫得相互作用劲。

这种气体昭着在履行中不存在,但在表面计议中,这不错最猛进度地放大其他成分之间的关系。

在查尔斯定律、盖-吕萨克定律以及自后的理思气体方程的计议中,科学家们通过实验数据,绘图出了形色压力、体积和温度之间关系及变化限定的P-V图(压力-体积图)和P-T图(压力-温度图),发现当温度裁汰时,气体的压力和体积的关系趋近于一条直线。

而若是将这条直线外推到气体体积为零的要求下,其与温度轴的交点对应的即是-273.15摄氏度,即咱们现时所知的皆备零度。

咱们都知说念,气体的体积不可能为零,这只但是表面上的假定——这少量也相通阐发了,皆备零度只可在表面上存在,履行中物体的温度只可无尽趋近而永不到达这一数字。

若是有场所抵达了皆备零度,它会变成什么样?

六合中现时已知的最接近皆备零度的天体是回力棒星云(也称为布莫让星云),温度达到了-272摄氏度(即1开尔文),近比皆备零度高1开尔文的温度。它和咱们的地球一样,同处于星河系中,距离地球能够5000光年。

回力棒星云之是以如斯凉爽,是因为它包含了一个正在走向人命至极的恒星,这颗恒星开释的物资在延迟经过中急速冷却,由此酿成了极低温的环境。回力棒星云被科学家称为“六合冰盒子”,因为它是东说念主类现时已知的天然界中最凉爽的场所。

天然天然界中不可能存在抵达皆备零度的场所,但咱们也不妨畅思一下,若是真的有某处抵达了皆备零度,何处的物体都会变成什么样?

领先,通盘微不雅粒子,包括原子、分子的畅通都会住手,这个场所将成为一个信得过的完全静止的区域,不存在职何包括宏不雅宇宙和微不雅宇宙的畅通。

其次,当某些材料在接近皆备零度后,会施展出超导性,即电阻将会解除。这使得电流不错无损耗地解放流动,信息的运载扫尾将大大进步——这亦然咱们的科学家如斯积极地计议超导材料的原因所在。

另外,一些液体会变成超流体,这意味着它们不错无粘滞性且不错无摩擦地流动。举例液氦在约-269.98°C时就会施展出超流性。在莫得外部作用劲的情况下,超流体不错自行爬过容器壁向高尚动,穿过容器的狭小启齿或毛细管,以致还能守护涡旋畅通。这些特质使得它不错在量子筹办机中四肢前言使用。

天然,在这样的环境要求下,任何步地的人命都不可能存在。

皆备零度的环境以致不错影响到对工夫和空间的测量——不外软件定制开发,所谓的“皆备静止”到底包不包括工夫的停滞?这一领域的冲破能否匡助东说念主类“限度”工夫,以致进行工夫旅行?更多的问题就要恭候科学家们进行更深的计议后才气解答了。