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宇宙最高温可达1。4亿亿亿亿度,为何最低温度仅为273。15

  近几十年,人类对于宇宙的探索活动愈加频繁,常常孤独仰望星空的人类极度渴望在其他星球上找到和自己类似的生命体,当然除了在寻找其他文明,我们也在积极地扩张人类文明版图,所以寻找宜居的待选移民星球也是我们探索宇宙时需要完成的重要任务。
  我们在判定其他星球是否宜居时,常常按照以下三个标准,第一,是否含有液态水。第二,温度是否适宜,或者是否有大气能够做到良好的温控。第三,是否存在磁场帮助我们抵挡辐射。温度的高低则是液态水是否能形成的关键,太低的话就像冥王星那样变成了冰冻死亡之星,太高则像金星那样,雨尚未落地就已经被蒸发殆尽了。
  多年来科学家对于宇宙温度的数值的推断,上限趋于不断提升的态势,目前认定的宇宙最高温度为1。4亿亿亿亿度,下限却一直固定在273。15,这二者之间显著的差距不由使人感到疑惑,为什么宇宙的最低温只能是273。15呢?这一数值又是如何得知的?最低温度的记录在未来会被打破吗?
  带着这些疑问,我们一起走进宇宙忽冷忽热的进化史,来看看273。15下的世界是什么模样的?万事万物在这之下会不会处于绝对静止?
  温度到底是什么?
  普通人感知和定义温度的方式比较简单粗暴,我们时常只用冷和热来定义温度,至于用什么感知?当然是用自己的身体实测了,比如让你冬天穿着短袖出门,那你肯定是不愿意的,因为你的身体对冬天的寒冷温度有着清楚的认知,这种认知牢牢地刻在了你的脑海中。
  其实温度本身是一种物理量,现在的物理学家认为温度的详解应该是物质热运动的物理量,这种说法告诉我们温度是依赖物质存在的,假如没有物质那么温度也就没有意义了,可见在宇宙大爆炸产生物质之前,宇宙当中不仅没有时间、空间,也没有温度,温度其实和它们二者类似,都是宇宙中的一个尺度。
  温度的测量只能通过物体的某些变化特征来判定,这种测量方式是间接测量,而度量温度的标尺叫做温标,温标有许多个等级,比如有开尔文单位、华氏温标、摄氏温标、列氏温标等等。开尔文单位最为特殊,因为它以绝对零度作为起始温度,这一温度常使用符号K表示。
  开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273。15,即273。15(是摄氏温度的符号)。
  我们在日常生活中经常使用到的温标则是摄氏度,这一温标将标准大气压之下的冰水混合物作为起始温度,也就是0度,需要注意这里对于0度的定义已经发生了变化,完全不同于开尔文单位。华氏温度则是美国和一些欧洲国家常用的温标,它的表示符号为。
  对于温度的测量方法也有很多种,比较常见的就是接触式测温法,这种方法通常会使用测温设备与待测对象直接接触。像我们在发烧时使用的传统温度计就是利用了这种方法,不过这种方法常常会因为接触不良而使得测量结果出现误差,这可能就是为什么医生嘱咐将温度计放在腋下时不能乱动的原因。除了这种方法之外,还有非接触式测温法,不过这种测量方法的误差更大。宇宙最高温1。4亿亿亿亿度
  对于宇宙何时诞生又是怎样诞生这一问题,一直以来都是科学界在孜孜不倦探索的,目前广受认可的就是宇宙大爆炸起源论,并且这一理论在多年以来也得到了许多的证据支持。因此在进行了多次推导和计算之后,科学家们认为宇宙最高温度为1。4亿亿亿亿度,它的出现时间是宇宙大爆炸的那一刻,这也是理论上宇宙的最高温度。
  上文中我们在介绍温度的基本概念时有提到,温度从微观上来看实际上就是物体分子运动的剧烈程度。因此如果宇宙的诞生真的是起源于那场大爆炸,那么在爆炸起始物质运动的频率一定是无限大的,而温度与物质运动的频率呈正比,所以说宇宙的最高温是诞生之始的温度并无差错。
  宇宙大爆炸之初的温度虽然达到了1。4亿亿亿亿度,但是在这之后温度就开始下降,比如在大爆炸发生的1032秒后,温度就降到了1亿亿亿度。科学家指出,在宇宙爆炸的早期,由于温度实在是太高了,电子是无法和原子核结合成为原子的,无数的电子在宇宙当中游荡,成为了等离子体。这是热气腾腾的宇宙,就像是装满混沌物体的一口大锅。
  等到宇宙诞生了38万年以后,温度渐渐降到了6000,不少人会发现这时宇宙的温度已经和太阳表面的温度十分相似了,因此原子的形成终于可以顺利进行了,宇宙也从一锅混沌的粥变得清明起来了。
  原子不受电磁辐射的干扰,聚集起来形成气体云团,并在自身引力的作用下开始坍缩,形成第一批恒星和星系。
  值得一提的是宇宙从极限高温降下之后,又开始了升温,因为根据红移现象我们可以知道宇宙现在仍旧处在膨胀当中,而这种因为宇宙结构的引力坍缩形成的加热,在日后会不断持续下去。
  宇宙最低温237。15
  宇宙的最高温度是1。4亿亿亿亿度,最低温却只有273。15,上限和下限的差距如此巨大,其实完全是因为温度本身就与物质分子运动的速度有关。像宇宙大爆炸初期,所有物质都处在快速运动当中,因此摩擦力就强,产生的热量多,温度自然就高。但是最低温,就要求物质的运动趋于静止状态,或者说是物质运动速度最小的时候,这时测得的温度为273。15,这一温度一直以来也被称为绝对零度。
  虽然我们根据物质趋近停止运动的状态推导出了最低温的数值,但是目前我们在宇宙当中发现的最低温度实际上达不到273。15,宇宙当中最冷的地方是布莫让星云,也叫作回力棒星云或者领结星云,距离地球大约5000光年,它的温度是272。
  那么人们是如何发现这个绝对零度值存在的呢?实际上也经历了漫长的论证过程,在16世纪时,法国物理学家阿蒙通过发现温度和气压之间的密切联系,推导出温度下降限度在246左右。
  到了1787年,法国物理学家查理根据气体体积、气压和温度三者的关系,总结出了一个定律,这就是后来十分出名的查理定律。
  查理定律:一定质量的气体,压力不变,温度每降低1,气体体积的缩小为其在0时体积的1273。照此推算下去就得到了一个结果,宇宙最低温度为273。15。
  由此可知,绝对零度这一概念与物质本身是相关的,如果温度达到了273。15,那么物质的体积也消失了,没有物质的存在温度也不会再存在了,因此大家应该可以理解为什么最低温只能无限趋近273。15,而永远不可能达到。
  我们换一种通俗的方法解释,以大家家里的冰箱为例,在冰箱的内壁一般有不断在循环的制冷剂,那么如果想让冰箱变为绝对零度,就要让制冷剂的温度比绝对零度还低。绝对零度时分子已经完全停止运动,怎么可能有方法使得分子运动速度比静止时还要慢呢?这无疑是不可能实现的,因此绝对零度值尚且只存在概念当中。超低温现象
  不得不说,虽然我们的实验无法到达绝对零度,但是超低温现象却能够帮助到我们很多。在温度很低时,一些物质都会表现出不同的现象,根据这一特性,将超低温广泛地运用于航天、农业、医学等领域,可以得到意想不到的惊喜,许多新兴成果都可以造福人类。
  那么我们首先来看看超低温现象下的一些奇观,当温度达到零下190时,我们的空气会变成浅蓝色的液体。没错,我们觉得看不到摸不着的东西在超低温下会变成液态的。而金属在超低温下不是冻成了固体,就是变成了粉末。还会出现所谓的超导现象。
  超导现象指的是这一金属在这时的电阻变成了0,电阻为0代表着电流可以毫无阻碍地通过该物体产生超强磁场。
  如果我们可以利用超低温制作出超导体,那么电力耗损将一步减少,发电效率将会大幅度提高。所以在能源利用领域,超导输电、超导储能和超导电机都是备受热捧的对象。此外磁悬浮列车、核磁共振成像、超导反潜、电磁推进等技术,都有超低温技术的功劳。
  此外科学家还发现超低温现象下会出现超流体现象,这一流体的特点是完全缺乏粘性,因此将其放置在环形容器中,会出现永不止境的循环运动,不过超流体形成的温度条件更为苛刻,比超导体还要低一些。液态氢4在冷却达到2K以下之后,可以呈现出超流体现象。
  人体的耐温极限
  宇宙的高温和低温显然都是我们人类无法忍受的,毕竟我们的躯体非常脆弱,暴露在极冷或者极热的环境下,可能仅需十几秒就能完全死亡。不过还是有一些挑战过人体极限温度的人存在的。
  科学家发现人体在干燥的71高温环境中,可以坚持一个小时。到了104时还能坚持26分钟,这一结果还是挺让人震惊的,毕竟在我们认知中,可能超过了60,就已经不省人事了。所以,我们的身体还是确实能起到散热的效果,如果超过散热极限就会死亡。
  不过对于低温的耐受性就没有这么强了,当温度过低,我们的人体核心温度低于35时,就会产生失温症状。这一症状下的人会出现精神错乱,在迷乱中反而将衣服脱掉。可见有时候人体能忍受的低温,相较于高温而言还是很有限的。结语
  通过本文我们知道了,温度的高低与物质运动的快慢有关,宇宙中的高温和低温之所以差距如此大,是因为物质运动的最慢速度只能是趋于静止,无法实现,更别说想要比静止还慢了。
  不过温度作为一种刻度,也只是宇宙多种尺度中的一个,尚有不确定性,很难说随着我们对物质微观世界了解得更多以后,再加上宇宙宏观世界的发现,会不会探索到新的极限。

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