100億℃有多可怕?是什麼概念?人類能創造的最高溫度有多高?

网瘾少女 2022/01/07 檢舉 我要評論

宇宙中的最高溫度理論上來說,約有100億攝氏度,它所指的是宇宙大爆炸時的溫度,那場宇宙大爆炸,溫度降低,竟然發生在比毫秒還要短的時間裡,大爆炸理論告訴人們,在138億年前,那時宇宙的體積是無限接近零的點,大爆炸發生後,奇點成了空間和時間的起點,而後,空間的膨脹主要是因它擁有巨大無比的能量,故而形成了暴脹。

雖說那時候,能量因此漸漸開始冷卻,但它形成的溫度仍然比人類如今看到的更高,同一時間裡,宇宙也已具備了強力、弱力和第一顆粒子。在早期宇宙的另一個階段裡,我們能看到相對來說略「冷」一些的誇克-膠子等離子體,當宇宙的溫度大約降至10億℃左右,中子失去了自由存在的前提條件,它開始和質子相融,生成重氫、氦或其它輕元素。

當宇宙溫度降至100萬℃後,這一時期,宇宙多以熱輻射為主,這裡的物質形態是質子、電子、光子和一些較輕的原子核。

這看上去很不可思議,畢竟人類看到的太陽,其表面溫度約為6000℃,這是織女星,它的質量是太陽的2倍左右,表面溫度超過9300℃。

然而,目前已知最重的恒星R136a1,質量大約是太陽的265-315倍,其中心最高溫度能達到20億℃,有趣的是,大質量恒星發生超新星爆發之際,其中心溫度居然能超過100億℃,這種溫度能迫使它的原子核解體。

如果超新星爆發後,變為了一顆中子星,這顆可怕的中子星在形成初期,其內部溫度能達到100億℃,之後,它才會漸漸降到幾十億℃。

中子星內核之所以能擁有這樣的溫度,主要是因引力坍縮能可以無限疊加,所謂的引力坍縮指的是在引力作用下,物質向質量中心擠壓的過程,這就是宇宙中的極端天體:中子星。反觀我們地球,60度高溫襲擊阿爾及利亞,駱駝也都熱暈倒地,想必大家應該察覺到了,今年的高溫已經在影響地球上的生命。

當溫度超過260℃,草坪也會開始自燃,相比之下,木頭的燃點更高,約為400-470攝氏度;大約4000-5000年前,人類通過高冶煉出1100℃,這差不多是銅的熔點。

2000年前,中國人最早將高爐的溫度提升到1538℃,這是純鐵的熔點。1709年,英國人為了解決煤炭脫硫這一難題,最終在1784年,人們得知他們已經將蒸汽機用于高爐鼓風系統,使得焦炭高爐的溫度能達到2000℃,于是,鋼鐵工業開始蓬勃發展。

人類最高能製造出多少溫度?高溫真的不會燒壞機器嗎? 1994年,人類創造出當時的最高溫度:5.1億攝氏度。這一天,科學家們在美國新澤西得到的極端高溫,幾乎是太陽中心溫度的30倍。

後來,美國的科研人員在相對論性重離子對撞機的幫助下,將金離子加速到亞光速,從而產生了4萬億℃的高溫,他們發現,這種溫度下,質子、中子被分解,它們只能以誇克-膠子等離子體態存在,這就是誇克湯,喝一碗誇克膠子湯肯定會燙嘴,有科學家曾推測,這種物質和「宇宙大爆炸」後,千萬分之一秒的物質形態相似。

假設地球的表面溫度達到100億℃,屆時,地球上的生物勢必會陷入一場浩劫,如果說真有這麼一碗誇克湯,將它倒進太平洋,估計也會沸騰。

雖說這樣的溫度很可怕,但人類對溫度的追求,並沒有因此止步不前,在歐洲核子研究中心,在大型強子對撞機的説明下,人們成功製造出了10萬億℃的誇克湯,比較遺憾的是,當時人們無法控制它,得益于實驗室中呈現的10億℃只是一瞬間的高溫,所以科學家們完全不用擔心對撞機會被高溫熔化。

畢竟溫度高,不代表熱量高,畢竟如果粒子的密度很低,即使溫度很高,它的熱量仍然會顯得不夠看。目前來說,中國人造太陽能保持1.6億攝氏度的狀態維持20秒左右,問題是,地球上到底有什麼物質能承受住這樣的高溫?答案是這台位于合肥的全超導托卡馬克的裝置,該裝置能承受如此驚人的溫度,其中的秘密就藏在它的構造中。

首先,托卡馬克裝置內,幾乎為真空狀態,這其中只有稀薄的等離子體被約束在裝置中。其比例和稀有氣體在空氣中的占比相比,也顯得不值一提。另外,雖說這些等離子體待在裝置內部,但是它們不會直接接觸裝置的內壁,再加上周圍沒有傳導介質,因此高溫想要燒毀內壁根本是不可能的事。

從原理上來看,現階段的托卡馬克裝置主要依靠磁約束,你可以理解為,科學家們是在用無形的河床約束有形的河水,在這裡,材料所能接觸的周圍環境比太空的真空環境還要空,因此高溫無法瞬間破壞材料。

或者說,10億攝氏度並不算「高」,既然如此,溫度是否存在最高值呢?這個還真有。雖說溫度與粒子的熱運動有關,不過,當粒子的熱運動速率接近光速,這並非一定是溫度的上限,科學家的推測是,普朗克溫度才是溫度的上限,其數值大小為1.42億億億億度。

這種驚人的溫度,僅曾出現于宇宙誕生後的第1個普朗克時間內。而宇宙中的最低溫度是絕對零度,約為-273.15℃,這種溫度是只能逼近且無法達到的最低溫度。

達到這一溫度後,可以想象的是,所有的原子和分子熱量運動都將戛然而止。宇宙將失去能量,這裡是絕對的死寂,這在科學家們看來是不可能的事,因為宇宙中充斥著各種粒子和輻射,它們都在運動,具備一定的能量,儘管它們看上去非常小。



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