对于物体的冷热水平,我们凡是会器具体的温度进行定量暗示,例如,气温是10 ℃,开水是100 ℃(1个尺度大气压下)。温度可以很高,太阳的中间温度可达15,000,000 ℃,而最高温度更是高达1.4×10^32 ℃,也就是1.4亿亿亿亿度。
那么,物体的温度事实是怎么来的呢?为什么开水的温度刚好是100 ℃,冰的温度刚好是0 ℃?为什么温度会有上限?若是温度达到上限又会如何?
宏不雅物体都是由微不雅粒子构成的,元素周期表中的118种元素组成了我们所知的物质宿世界。无论是原子,仍是离子,或者分子都在做热活动,包罗平动、动弹、振动。粒子的热活动进献了物体的内能,这就是物体的温度来历。
是以,温度素质上表征了粒子热活动事实有多猛烈。粒子的热活动越猛烈,物体的内能越高,表示出的宏不雅温度也就会越高,反之亦然。当粒子不再活动时,将会达到最低的绝对零度。
至于物体的具体温度数值,则取决于界说体例。糊口中最常用的是摄氏温标(℃),它把水的冰点界说为0 ℃,沸点为100 ℃,以此为基准进行100等分。热力学中最常用的为开氏温标(K),把最低温度界说为0 K,它与摄氏温标的转换关系为℃=K-273.15,即绝对零度为-273.15 ℃。
绝对零度作为温度下限,这是不成能达到的。因为粒子的热活动不成能遏制,不然将会违反相对论和量子力学。另一方面,既然粒子活动越快,温度越高,这是否意味着温度可以或许不竭上升,直至无限高呢?
关于这个问题,就不得不提到爱因斯坦的狭义相对论。按照相对论,宇宙中的物体活动速度是有上限的,那就是每秒快要30万公里的光速。尽管相对论限制了速度上限,但却没有限制动能上限。
按照相对论的质速关系:
在低速的环境下,动质量(m)可以认为连结不变,采用静质量(m0)即可。但当速度(v)足够接近光速(c)之时,动质量将会急剧上升,直至趋于无限大,这意味着动能也会随之趋于无限。
然而,按照量子力学,粒子的动能并不克不及无限大,温度也不会无限高。因为跟着温度的不竭升高,粒子的状况会不竭发生转变,原子、质子、中子、电子等布局城市悉数解体。以质子为例,当极端的高温把它们分化当作夸克汤之后,每立方厘米的夸克汤重达400亿吨。
当温度达到普朗克温度,即1.4亿亿亿亿度之时,本家儿宰宇宙的四大根基天然感化力将汇合并在一路,当作为大同一力,现有的物理定律全数解体。此时,宇宙只有纯能量,时候和空间也会掉去意义。事实上,在138亿年前,宇宙从无限小的奇点中降生之初,就是处于这种极端的状况。
物理学家经由过程粒子加快器,把粒子加快到亚光速状况,让它们互相碰撞,以发生极高的温度,由此来领会早期宇宙的状况。今朝,物理学制造出的最高温度为1×10^13 K,也就是10万亿度,但这距离普朗克温度还差得很远。
值得强调的是,普朗克温度只是现有物理系统所能理解的温度上限。也许温度还可以变得更高,但要理解那种温度状况,需要一套超越今朝物理学的大同一理论,而这恰是当今物理学家所孜孜追求的真理。








