為什麼低溫只能達到-273.15(絕對零度),而高溫可以達到上億億度?

louyYT


開門見山,說下結論:溫度不能到達絕對零度,只能無限接近;理論上高溫沒有上限,但實際上應該還是有的。

  • 什麼是絕對零度?

零度指的是國際溫標-開爾文,也就是說絕對零度的零度是0開爾文,換算成攝氏度就是-273.15℃。

  • 273.15℃是怎麼確定的?

在熱力學實驗中發現,絕熱過程中,保持氣體壓強不變,氣體溫度每下降1℃,氣體的體積減少0℃時體積的273.15分之一,就是這樣推導出了273.15攝氏度這個數值。

  • 溫度是怎麼產生的?

溫度可以粗略的理解成大量粒子隨機運動劇烈程度的平均描述。這裡“大量”至少也得有幾萬億個原子的規模。例如,我們手摸到一個物體的時候,這個物體表面的微粒正在劇烈運動,同時皮膚上也有原子、分子,兩個一碰觸,振動劇烈的帶動不那麼劇烈的震起來了,再通過神經傳輸給丘腦,這就是我們感知溫度的過程。

  • 為什麼溫度可以達到上億億度?溫度沒有上限嗎?

通過上面的內容我們可以很容易理解這麼一個假設,只要有足夠的能量,就會導致大量粒子運動得更劇烈,運動得越快,總體上看溫度越高,沒有上限。

但是這個假設本身還是有點問題的,溫度是可以一直不斷上升,但是上升到一定程度,可能組成物質的原子也許都沒法維持原子核的結構了,到這種情況的時候,所描述的物體就已經不是原本的它了,所以溫度應該還是有上限的。

  • 為什麼絕對零度不可達?

溫度在變冷這個方向,粒子運動得越慢,總體上看溫度越低,但運動得最慢,最微弱,那就是不運動了。所以這個問題可以轉換一下,達到絕對零度的物理意義就是大量粒子的隨機運動停止了。

那可不可能粒子完全不運動了呢?不可能,這裡要提到一個量子力學中的“不確定原理”---物體的位置和動量是不能同時是確定值的,一旦位置確定,物體的速度就是無限大,那就相當與運動無限劇烈。一旦速度確定時,物體的位置將是宇宙空間中任意的位置,所以根本談不上這個粒子在不在運動了,你都找不到它了。所以絕對零度是不可達的,只能無限接近。

希望我的回答能夠幫到您!


卓越MR


你可以換一個角度去思考:為什麼相對速度的下限只能是0,而上限則可以達到光速呢?

其實這個問題和你提出的這個問題是一樣的。溫度到底是什麼?它其實是用來描述大量粒子能量的一個量。它正比與大量粒子動能的平均值。

而動能的最低值就是零。而且動能沒有上限,雖然速度有上限,但通過計算就會知道,速度接近光速的時候,動能會趨向於無窮大。

所以我們很容易就可以理解:溫度有下限,但沒有上限。(經典分子動力學定義下的溫度)

那溫度的下限為什麼不能是零呢?當然可以!在開爾文溫標下,絕對零度就是0K!而在我們熟悉的攝氏溫標下,絕對零度才是-273.15攝氏度。

問題到了這裡,其實完全就是一個歷史問題了。最早設定攝氏溫標的時候,定義冰水混合物的溫度是0攝氏度,沸水的溫度是100攝氏度。那時的科學家還沒有考慮到溫度有沒有下限的問題。

而後面的開爾文溫標則更加符合物理學的定義,將0定義為絕對零度。但這之間都只相差了一個常數。所以這個問題的關鍵在於為什麼有下限而無上限。

答案也很簡單,因為動能有下限而無上限。


章彥博


絕對零度是達不到的,因此低溫只能無限接近於絕對零度。如果明白絕對零度的條件,那麼就知道為什麼低溫只能無限接近於絕對零度。絕對零度是構成物體的粒子動能為零、勢能為零的條件下所對應的開氏溫標,也就是零下273.15攝氏度。

這也是宇宙中最低的溫度,所有粒子的活動都停止了,那麼溫度就是零下273.15攝氏度,不可能再低了。

因為我們知道溫度的高度就是粒子動能和勢能的貢獻,如果粒子動能和勢能都為零,那麼溫度就是極限最低溫。在宇宙自然機制中,絕對零度是不可能達到的,以人類目前的科技也是不可能達到絕對零度。

而高溫則是感覺粒子的動能和勢能而定,這就很難講上限了,你說最大的數是多少,顯然是沒有最大的數值。絕對零度是由於有粒子動能和勢能為零作為下限,因此有個對應的溫度值。


太空伊卡洛斯


首先要明確一點,絕對零度只是理論下限溫度,這是無論如何都不可能達到的溫度。至於下限溫度為什麼只有區區零下兩百多度,但溫度卻可以達到上億億度的高溫,這與人類對溫度的定義有關。

我們所用的攝氏度是以水的冰點作為0攝氏度,水的沸點作為100攝氏度而定義出來的(都是在1個標準大氣壓的條件下)。而在熱力學中,則是以絕對零度作為0開氏度,它與攝氏度的關係為:x開氏度=273.15+y攝氏度。

那麼,為什麼絕對零度會被認為是最低的溫度呢?

這就要說到溫度是怎麼來的。宏觀物體包含著大量的微觀粒子,它們無規則的熱運動使物體產生了熱量,溫度就是用於度量這種熱運動的劇烈程度。但微觀粒子不可能完全停止熱運動而處於絕對靜止狀態,因為這會導致同時知道微觀粒子的位置和速度,這就違背了量子力學的不確定性原理。正因為如此,絕對零度只是一個無法達到的理論下限溫度。通過對查理定律或者蓋-呂薩克定律的外推,可以算出絕對零度為-273.15攝氏度。

另一方面,溫度上限也是存在的,這就是大小約為1.417×10^32度的普朗克溫度。高於這個溫度是沒有意義的,這個溫度只有在宇宙誕生之後的一瞬間達到過。


火星一號


對,要多提問一點這種科普類的問題,讓全民掀起一股科學的熱潮,建議頭條也加強問答的審核力度,把問題的導向指向科普知識,生活常識,正確人生觀價值觀,勤奮務實,等等有價值的方向,別整天提問一些沒用的東西還大幅度去推送,一些科普類的確被淹沒。比如,鹿含為什麼長得像男的,春哥怎麼很久沒出現了,等等這類毀三觀的娛樂問答直接幹掉。



天之驕子MOMO


相信大家看完樓上一堆原理定義已經明白的差不多了(笑)

九歌就給大家舉個例子,保管你馬上能懂為什麼低溫不能上億億度。


溫度有個宏觀上的表現——【熱脹冷縮

微觀層面就是原子的運動快慢

原子呢,溫度越高,運動越快

反之,溫度越低,運動就越慢。

開動你聰明的小腦筋,是不是發現“快”這個概念沒上限,而“慢”就不一樣了,最慢就是0,是原子靜止不動的情況(理論情況)。

差不多就是下圖這個意思,你找不到溫度的上限,卻可以找到最低溫度。


我是九歌

感謝您沒有被我醜陋的畫作嚇走,閱讀到底

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咱們下個問題



朝暮九歌


我覺得吧,應該是這樣的:

因為運動是絕對的,而靜止是相對的!

溫度就是物質運動的激烈程度。

單位空間內,運動越激烈,物質越密集,物質溫度越高;

相反,單位空間內,物質越希薄,運動越慢,溫度越低。

運動是絕對的,如果相對運動接近靜止,那麼就接近絕對零度。但是,這是隻是無限接近,不可能有絕對靜止的宇宙,就不可能有宇宙的最低溫度。

而運動是絕對的,是無休無止的,那麼火星碰地球,星系大沖撞啥的,小宇宙爆發,,就像一萬匹野牛奔跑在非洲的大草原,塵煙四起,什麼情況都可能發生,多高的溫度都有可能出現!

宇宙規則是動態平衡,高溫和低溫就像高山和深谷,不斷出現,又不斷被抹平,又重生,循環不已!





春風十八子


答:這是物理規律和人類對溫度的定義方式決定的。


比較重要的原因,就是人類在定義溫度時,把系統溫度變化率對應的能量變化率,定義為均等的。也就是說,一個純熱力學系統,溫度的變化和熱能的變化成正比。



該定義方式就使得溫度有下限值,然後我們再把這個下限值定義為-273.16℃(0K)而已;因為一個有限的系統,系統包含的熱能或者能量肯定是有限的。

如果我們把系統的熱能一份一份(等份)地取走,就總會到熱能為零的時候,此時系統的溫度就是溫度的下限值,數學上可以證明這個下限值是有意義的數值。



如果我們不斷給系統輸入熱能,那麼系統溫度就會無限增加,於是理論上溫度是沒有上限的。


但是根據量子力學的說法,宇宙中的最高溫度是普朗克溫度,這是宇宙中一切物質聚集到一點後的溫度,這個概念的前提是宇宙物質是有限的。



反之,我們完全可以定義一種全新的溫度,該溫度的變化率和能量的變化率不成正比,然後把絕對零度定義到負無窮處,那麼溫度值就沒有了上限和下限,這也可以做成一個數學問題。

介於使用上的方便,目前我們對溫度的定義方式,是最科學的。


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艾伯史密斯


可以這麼理解,為什麼溫度有下限而沒有上限



因為物體溫度是物質微粒(分子原子等)運動的體現

當物體的微粒運動是靜止的時候就是絕對零度也就是-273.15度



而物體微粒運動越快它們的溫度越高

我想應該也有上限

因為理論上分子運動總不能超越光速吧




louyYT


數值不重要,比如平常說的攝氏度,它的零度和開氏度的零度就不一樣,雖然數值都是0。

因為我們需要了解的是溫度的本質,也就是溫度是怎麼定義的。這個概念不復雜,就是大量熱運動分子的平均動能,動能越高溫度越高,反之越低。

而這個低是有個下限的,就是動能為零,也就是分子都停止運動了,這個溫度在攝氏度裡就叫零下273.15度,而在開氏度裡卻叫做0度。

那麼分子速度可以不可以無限大呢?很顯然,這是不可能,根據相對論,速度上限是光速。但這已經是一個望塵莫及的高速度了,一般情況下,我們是不可能遇到如此的高熱環境,並且我們還要知道,溫度是個統計量,單獨把幾個超高速粒子拎出來是沒有意義的。

最後,目前來講,溫度也有個上限——“普朗克溫度”,約為1.4*10^32 K,即1.4億億億億開氏度(換成攝氏度也可認為是這個數值)。

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