4萬億攝氏度是什麼概念?

人體正常體溫大約37℃

普通打火機的外焰溫度大約600℃

傢用天然氣火焰溫度大約1500℃

金屬中熔點最高的鎢熔點3410℃

人類已知熔點最高的物質鈦合金熔點4215℃

地核內部最高溫度6800℃

太陽中心溫度2000萬℃

氫彈爆炸的瞬間溫度超過1億攝氏度,持續時間極短

人類創造過能夠持續的最高溫度5.1億攝氏度,1994年在美國創造的核聚變溫度

2010年,科學傢通過金屬離子對撞生成瞭誇克-膠子湯,人類創造瞭最高的瞬時溫度約為4萬億攝氏度,通過紅外輻射記錄下的最高溫度,不過隻持續瞭10的負15次方秒數量級的時間。在這個溫度下物質將難以凝聚在一起,原子間和原子內部的電磁力和相互作用力都會消失,物質隻能以誇克的狀態存在。

而理論上宇宙最高的溫度是普朗克溫度,也就是宇宙大爆炸瞬間所產生的最高溫度,數值上是1.4168×10的32次方溫度,也就是1.4億億億億攝氏度。這種溫度已經無法用語言來形容瞭,隻能用數值體現瞭。

要想瞭解4萬億攝氏度是什麼概念,首先要先明白溫度的概念。溫度是表示冷熱程度的物理量,在微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。換句話說物體分子運動速度越快,表現出來的溫度越高,那麼停止運動就應該是宇宙間的最低溫度,人們通過實驗並外推得出理想氣體的熱膨脹率為1/273.15,因此確定零下273.15℃為絕對溫度(開氏溫標)零度。這是最低溫度的極限。那麼宇宙間存不存在最高溫度的極限?以前人們常常認為溫度無上限,因為人們總是在創造一個又一個的最高溫度記錄。實際上由於光速限制原理,理論上在一定壓力下,粒子的運動速度都接近光速的時候,能量也趨近於無限大那就是溫度的極限,也就是絕對的最高溫度。下面通過對比來看一看這些高溫度到底是什麼概念。

經科學傢的驗證最佳生活溫度:

居室 20――25℃;

洗澡水 34――39℃

飯菜溫度46――58℃

……

這是我們對溫度概念的生活體驗,在這個體驗的基礎上咱們來說說太陽的溫度,因為太陽是人們心目中認為的自然界的高溫度,

太陽的表面溫有6000℃,日冕這些等離子體的溫度卻高達一百萬攝氏度,而太陽中心的溫度高達一千多萬攝氏度,是目前核聚變所需的最低溫度,而人類制造的氫彈所需溫度至少上億攝氏度,因為它沒有太陽那樣的引力約束,隻能是高溫度。怎樣達到的?是在氫彈的核心先放一個原子彈,引爆原子彈產生的高溫再引發核聚變。

至此溫度已經達到瞭1億度,離4萬億度還差瞭不少。好,咱們接著再來看人類還創造出多高的溫度:

托卡馬克示意圖

1994年5月27日,美國新澤西普林斯頓等離子物理實驗室中的托卡馬克核聚變反應堆利用氫的同位素氘和氚的等離子混和體創造出5.1億攝氏度高溫,比太陽中心溫度高瞭30多倍,這是不是就是人類創造的最高紀錄瞭?不,

相對論重離子加速器

2010年位於美國紐約長島的佈魯柯黑文國傢實驗室的頂級科學研究設備――相對論重離子對撞機(RHIC)將兩束金離子束各自加速到光速後對撞,產生誇克――膠子等離子體的溫度高達4萬億度。是太陽中心溫度的25萬倍,這應該就是題主所說的4萬億攝氏度。據說2012年時曾瞬間達到5.5萬億度,這是迄今為止人類制造的最高溫度。2013年物理學傢們已經可以觀察到宇宙大爆炸短暫時間內出現的“接近完美”的物質形態。有的專傢甚至警告這臺對撞機能制造出迷你黑洞和奇異物質,或毀滅世界。

4萬億攝氏度的高溫物質已經不是質子中子原子,更不是分子瞭,早已經超越傳統的溫度是分子熱運動的概念瞭。它們是一些由誇克和膠子組成的等離子體甚至流體瞭。它們曾出現在宇宙大爆炸瞬間。那麼這麼高溫度是怎麼測出來的?這些高溫的物質又是存放在什麼地方?科學傢告訴我們這個溫度數據是根據參入碰撞的粒子的能量算出來的,也可以觀測到與這個溫度相關的現象,比如電磁輻射。至於這些高溫物質是放在對撞機的管子裡,這麼高的溫度為什麼管子沒融化?

這就需要明白溫度和熱是兩回事的科學事實。打個比方,上面說過洗澡水40℃左右最舒服,假如泡溫泉50℃會覺得燙得不行瞭,可蒸桑拿的室溫有80℃,我們也不會被燙傷,,這是因為溫泉的水分子的密度比桑拿房氣體的密度高的多,它能把更多的熱量即分子的動能傳給人體,所以感覺50℃的溫泉比80℃的桑拿“熱”。同樣的道理,對撞機裡的高溫物質也不會融化管子,因為對撞機裡的高溫物質很少。溫度隻是粒子運動平均平動動能的標志和體現。平均動能值再高,粒子數少照常不“熱”。所以我們一定不要把溫度和熱量當做一回事,所以4萬億℃高溫隻是粒子平均動能極高的體現的概念。當然前提是很少的量。

4萬億℃並不是宇宙間的最高溫度,理論上是普朗克溫度,數值為1.416833(85)×10^32K,為宇宙大爆炸1普朗克時間後的溫度。

非常誇張的溫度!下面列舉一些對比,直觀的感受下這個溫度。(最後給出最高溫度)

太陽


太陽的表面溫度在5000到6000攝氏度,而核心聚變區不過1500萬攝氏度,約為4萬億攝氏度的27萬分之一!(開氏度換算為攝氏度,要減去273.15,因為是4萬億,所以這就忽略瞭)

核彈


那麼還有沒有比太陽還高的呢?有,人類就造出過。就是核彈,比如我國第一個原子彈,爆炸中心溫度就有5000萬攝氏度,不過這僅僅是小當量的。換做氫彈,甚至可以超過一億攝氏度!

托卡馬克裝置


然後這還沒有結束,人工核聚變裝置——托卡馬克,內部的溫度更高。記得之前有過一篇報道,美國的一個托卡馬克裝置內部的等離子體溫度甚至達到過5.1億攝氏度。

題外話:為什麼人工聚變要這麼高溫度?太陽不也才1500萬攝氏度嗎?因為關鍵的一點,太陽有強大的引力約束,而地球上營造不瞭,隻能提高溫度來聚變。

普朗克溫度

終極溫度來瞭——普朗克溫度。沒錯,這是目前科學界認為有意義的最高溫度上限。數值為1.416833*10^32 K,是4萬億的3.5*10^19 倍!

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4萬億攝氏度是什麼概念,我在腦海裡想象瞭一下,都感覺要發燒瞭……

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