10億攝氏度是個什麼樣的概念?

追逐繁星DGC


厄普頓布魯克海文國家實驗室的“原子撞擊器”造成的劇烈爆炸,創造了4萬億攝氏度的新紀錄。這比太陽的中心熱得多,大家知道太陽內部中心溫度相比而言只有1500萬度,這個溫度比恆星爆炸納秒級中心所釋放的超新星還要灼熱數萬倍以上。



所以科學家們的這次實驗是想重現大爆炸之後的第一個微秒,假設我們有個溫度計可以量一下當時溫度,可達到幾萬億度。根據現代理論,在第一批行星、星系甚至原子出現之前,太空中充滿了夸克和極高溫度的物質區。


那麼這麼創造這麼高的溫度有什麼用呢?其實創造這些溫度之後,能持續的時間非常短。主要原因是剛才說到的,科學家想要還原宇宙最初的狀態,從而進一步推理宇宙大爆炸理論的可行性。上面說到的4萬億溫度不用說普通物質了,就連夸克也“融化”成為等離子體了……

兩年前,日內瓦CERN的物理學家們將鉛離子碰撞成夸克膠子等離子體,通俗一點也就是融化的“亞原子湯”。瑞士日內瓦CERN的大型強子對撞機進行特大撞擊後,溫度達到了5.5萬億攝氏度或9.9萬億華氏度,這是太陽核心溫度的36萬倍!


這麼高的溫度目前來說……只是為了科研,以後就不知道了……


宇宙與科學


答:10億度已經遠遠超過了我們太陽內部的溫度,大質量恆星在演化末期,核心溫度可達到10億度以上,然後點燃氖、鈉、鎂、鋁等元素。


在我們地球上,熔點最高的物質是鉿合金,大約是4200℃,地球核心溫度可達6800℃,足以融化地球上的任何物質,在太陽內部,溫度更是高達1500萬度。

這樣的超高溫已經超過了普通人的理解範圍,溫度的本質是微觀粒子的熱運動,微觀粒子的熱運動越劇烈,宏觀表現出來的溫度也就越高,如果微觀粒子的熱運動完全停止,那麼就達到了理想的絕對零度。


人類只有在高能物理中,能接觸到如此高的溫度,比如中國的“人造太陽”,就產生了高達1億度的電子流,由超導體產生的強磁場束縛著;在氫彈爆炸的瞬間,中心溫度可達2億度以上;在大型強子對撞機中,人類製造過4萬億度的超高溫,這個溫度是根據碰撞粒子的速度來計算的。

此時沒有任何實體物質能束縛高溫粒子,大型強子對撞機制造的瞬間溫度雖然高,但是高溫粒子的數目很少,能量在瞬間就會散失掉,並不會融化裝置的內壁。


比如NASA發射帕克太陽探測器,在近日點時,太陽激起的日冕溫度高達100萬度,但是粒子密度只有每立方米10^15個,這些高溫粒子直接撞擊到帕克太陽探測器的外殼,探測器強大的製冷裝置,能及時轉移這些能量,使得探測器外殼不至於融化。

10億度的高溫,可以在部分恆星中產生,大質量恆星在演化末期,會形成紅超巨星,當碳和氧的燃燒結束時,溫度可達10億度,然後氖、鈉、鎂、鋁等元素開始燃燒,最終形成硅、鈣、鐵等元素。

大質量恆星在發生超新星爆發時,內部溫度超過100億度,這樣的溫度下原子核已經解體,如果超新星留下的是一顆中子星,中子星在剛形成時內部溫度可達1000億度,然後會在幾分鐘內降至幾十億度。


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10億攝氏度當然是一個很高的溫度,但相比宇宙中存在的最高溫度還是一個小KS。

宇宙中最高溫度是普朗克溫度,存在於宇宙大爆炸剛開始那一刻,也就是大爆炸開始的10^-43秒時,溫度為10^32K,也就是1億億億億度。大爆炸開始後的1秒鐘,溫度就降到了100億度。

這裡的溫度可以認為是攝氏度(°C),也可以為開氏度(K),因為這兩種溫標相差275.15度,也就是說攝氏度0度時為開氏275.15K,以上兩種溫標都是以同樣的刻度提升。而宇宙高溫的估量只是相對準確,所以在萬度高溫的估量時,271.25度就可以忽略不計。只有在千度及零下溫度時,必須明確表明是攝氏度或開氏度。

宇宙經過138.2億年的膨脹演化,現在宇宙微博背景輻射溫度低得可憐,只有2.75K,也就是-270.4攝氏度。

但宇宙中還是有很多高溫的星體。

所有恆星都是中心進行著持續核聚變的天體,中心溫度與恆星質量大小成正比,質量越大的恆星中心溫度越高,燃料消耗得越快,因此壽命也就越短。

我們太陽中心溫度1500萬度,壽命有100億年;迄今已知最大質量的恆星是r136a1,質量是太陽的265倍,其中心最高溫度達到20億度,只有這種溫度才能完成鐵以前的核聚變。這顆恆星的壽命只有300萬年。

超過太陽質量8倍的大質量恆星在死亡前,會發生超新星大爆發,這個時候溫度可以達到100億度。現在人類能夠認識宇宙中最高溫度的地方有可能在剛形成的中子星上。

大質量天體超新星大爆發後,有兩種屍骸,一種就是中子星,一般認為8~30倍太陽質量的恆星,超新星大爆發後,中心殘留質量會形成一箇中子星;30個太陽質量以上的恆星,超新星大爆炸後,中心殘留質量會坍縮成一個黑洞。

是成為中子星還是成為黑洞,關鍵還是大爆炸後殘留質量的多少,殘留質量在太陽1.44倍以上,會成為一箇中子星;如果殘留質量在太陽的3倍以上,就一定會坍縮為一個黑洞。

黑洞中的溫度人類無法獲知,一般認為在中心奇點處,溫度無限高;中子星剛形成時,表面溫度就可以達到1000萬度~1億度,中心溫度可以達到萬億度。這是科學界認為現在宇宙中可以認識存在的最高溫度。

以上這些最高溫度都是通過數理模型計算出來的,沒有得到真正的監測數據。人類目前能夠製造出的最高溫度為10萬億攝氏度。

這種溫度可以重現宇宙大爆炸百萬分之幾秒鐘的宇宙狀態,那是一種由“夸克—膠子等離子體”組成的稠密世界,連光都無法發出。那時還沒有現在的4種基本力,所有的力都是合在一起,很簡單很單純。

這個最高溫度是科學家們2011年11月8日開始,在歐洲大型強子對撞機中,通過把兩束鉛離子以相反方向加速到接近光速,再讓它們對撞得到的,模擬了宇宙大爆炸開始瞬間的狀況。

這個溫度只瞬間存在,而且只是原子級範圍,但在極其精密的儀器監測下,能夠抓住並把它紀錄下來。

通過上述介紹,我想各位朋友已經對10億度是一個什麼概念有了一個基本瞭解。

時空通訊概括一下:10億度是一個很高的溫度,但在宇宙中並不算高,在我們能夠監測的世界還是很高的。人類創造出的瞬間溫度已經是10億度的1萬倍。

人類現在正在研究開發的可控核聚變溫度需要1億度,又叫人造小太陽。現在最大的困難就是怎樣束縛保存這1億度高溫,並使它能夠長期穩定的存在,還要使這個溫度成為可利用的能源。

要知道世界上沒有什麼物質製造的容器能夠承受1億度高溫,現在採用的容器為磁約束、慣性約束和重力約束三種方式。這是另一個話題,過去時空通訊多次闡述過,這裡就不講了。

人類雖然能夠製造出比10億度更高的溫度,但就像氫彈爆炸,是不可控的溫度。所以如果人類能夠實現對10億度溫度的控制,就是一個不得了的成功。

就是這樣,歡迎共同探討。

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時空通訊


10億攝氏度是什麼概念?非常抽象的概念啊,讓我們拿出一根普通的溫度計,每一毫米(mm)代表1攝氏度,邊走邊看吧。

讓我們走起來吧

當溫度計讀數在30攝氏度,也就是3釐米(30mm)長度左右時,就是我們人類生存的大體環境溫度了。

溫度計延伸到100mm時,水將沸騰,當然我指的是一個標準大氣壓同時海拔為0啦。同學們別鑽牛角尖啊。

溫度計再伸長,超過500mm,碳基生物的末日將到來,由碳元素組成的化合物的化合鍵將被打斷,地球上已知的絕大部分生命,同學們可以說再見了。

雖然已經沒有生命能繼續沿著溫度計往前,但我們仍舊不放棄,為了科學,奔跑吧,兄弟!溫度計達到4215mm!地球上熔點冠軍——“五碳化四鉭鉿”(Ta4HfC5)——在離我們起點42米左右的距離出現了。現在溫度計豎立起來,大約有12層樓左右高了。腿腳不好的同學走完這段樓梯,將有點喘。

地球核心表示,這點溫度算啥!對,地球核心經過我們計算,可以高達6800攝氏度!遠超太陽表面的5500攝氏度!這時候,我們這根溫度計已經有瑪雅金字塔的垂直高度了。

我要開車了

太陽表示不服,地球你就一個小弟弟,那點溫度還敢拿出來炫耀!太陽日冕的溫度超過100萬攝氏度,而太陽的核心溫度更是可以突破2000萬攝氏度!在太陽大佬的熱情努力下,我們的溫度計瞬間脫胎換骨,長度暴漲達到20萬米!也就是200千米!這次溫度計的長度測算,同學們要記錄讀數,就別走路了,得飈車兩個小時。

在這裡,大自然的數據基本到達盡頭,嗯,離題主的提問還差挺遠的距離呢,不急,世界上人造可控核聚變約束裝置,我們實現過——5000萬攝氏度的高溫!這下開車的同學估計得哭,500千米的溫度計啊,得做司機5小時啊,可是連續4小時算疲勞駕駛,一次把數據記錄清楚,老司機也扛不住啊。

飛出宇宙吧

人類的智慧沒有到盡頭,我們的溫度計長度也還沒有達到盡頭。重離子對撞機中,物理學家讓兩束金離子束高速相撞,製造出了高達4萬億度的溫度!而大型強子對撞機,氫原子核和其他原子核的高速碰撞甚至製造出了高到10萬億度的高溫。這一把就飈過頭了!我們只需要的10億攝氏度就足夠了,現在給燒錢燒到了10萬億攝氏度,難怪楊振寧搖頭怕怕,真是敗家啊!照理換算一下,10億大約就是10000千米,差一點點就能把地球捅穿(地球直徑1.2萬千米)。而10萬億攝氏度,算了吧,差不多伸到太陽那裡去了。

結語

這下同學簡單直觀的瞭解10億攝氏度的概念了沒?要不要咱們跑一次全溫度馬拉松?


貓先生內涵科普


目前只有在黑洞暈觀測到10億℃。太陽周圍日暈溫度是100萬℃;超新星在爆發時能產生1500億℃;中子星碰撞可產生3000億℃;人類的大型強子對撞機能將粒子加速達到10萬億℃;而宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.416833×10³²K也就是1.416833億億億億℃。


這樣看來10億℃是否並非那麼高溫?

10億℃的高溫在宇宙而言或許溫度並不算太高,可在人類等生物看來是異常可怕的。

人類能存活的最低體溫是13.7℃,最高體溫是46.5℃,正常的平均體溫是37℃,如果升溫將會危及生命健康。目前測得地表最高溫度是71℃,月球向陽面平均溫度是101℃,金星地表平均溫度是462℃,從火山噴發的熔岩高達1200℃,古老炸彈爆炸溫度是5000℃,太陽表面溫度高達5500℃,地核最高溫度高達6800℃,核爆中心溫度高達1萬℃…


溫度是物體內部的原子與分子運動產生,運動速度越快溫度越高,密度越大溫度也會越高。如果原子、分子等粒子都停止了運動,便會達到絕對零度,為-273.15℃,此時溫度也就不會再低了。

而粒子的運動如果達到極限,那就會達到普朗克溫度,也就是宇宙最高溫度。這是宇宙大爆炸初期在普朗克時間內產生的溫度,此時的宇宙剛從一個奇點爆炸開來,體積幾乎為0,熱量、壓力、密度、時空曲率都接近無限大,才會到達這樣的溫度。而黑洞內部基本粒子都沒有了,它的溫度會無限升高。


目前用X射線觀測到的10億℃是黑洞周圍的黑洞暈,這樣的高溫可熔化一切物質。如果遇冷又會生成新的鈦、鈷、鎳、鐵、銀等重金屬元素。


弄潮科學


從微觀上來講,物體的溫度是由組成粒子的熱運動產生的,粒子的熱運動劇烈程度越高,其平均動能越大,物體表現出的溫度也就會更高。如果粒子的熱運動停止,溫度將會達到最低值——絕對零度,約為-273.15 ℃。但絕對零度只能在理論上達到,因為量子力學中的不確定性原理禁止粒子完全靜止。另一方面,如果粒子的熱運動足夠劇烈,其溫度將會達到10億攝氏度。

10億度是一個相當高的溫度,我們在生活中不可能會接觸到如此高的溫度。地球上也沒有什麼材料可以承受這樣的超高溫,目前已知熔點最高的人造物質為五碳化四鉭鉿,但它的熔點還不到4300度。在宇宙中,10億度不僅遠超太陽表面的溫度,而且還比只有上千萬度的太陽核心溫度高得多,也只有中子星核心的上千億度溫度能超過它。

儘管如此,人類在實驗室中已經制造出了遠超10億度的溫度。在相對論重離子對撞機中,物理學家讓兩束金離子束高速相撞,由此製造出了高達4萬億度的溫度,並且產生了類似液體的夸克-膠子等離子體。而在大型強子對撞機中,氫原子核和其他原子核的高速碰撞甚至製造出了高到10萬億度的高溫。

如前所述,人類製造出的材料不可能承受上億度的高溫,那麼,為什麼粒子加速器卻能承受上萬億度的溫度呢?

原因在於溫度和熱量是兩種概念。粒子熱運動越劇烈,溫度越高,但這並不意味著熱量也會越高。如果粒子密度很低,縱使其溫度再高,其熱量仍然會很低。

以太陽的日冕為例,太陽的日冕溫度超過100萬度,但那裡的粒子密度非常小,所以NASA的帕克太陽探測器能夠安全飛入其中,該探測器的最高溫度只會上升至大約1400度,而非一百多萬度。同樣的道理,儘管宇宙中發光發熱的恆星很多,但宇宙的密度非常低,使得宇宙的平均溫度只有-270.42 ℃。


火星一號


1.理論上,現在可控核聚變5000萬度的物質,壓縮體積為二十分之一可能可以得到10億度。

2.10億度的一個分子就可以使人體一個血紅細胞的所有10億個氧分子,升高一度。注意是一個分子,這個能量其實是極大的。

3.10億度的物質,可以使任何碰到它的物質灰飛煙滅。事實上,不用十億度,太陽中心的溫度2000萬度和原子彈已經可以做到。

4.10億度的物質,肯定已經不是分子了,至少是離子。甚至有可能連離子都不是,變成原子了。甚至可能是夸克+電子,因為現今世界使用的,可以碰撞出電子,中子的超大型強子對撞機,也可以把夸克碰撞出來。





指尖科技說


簡單的說就是86169.731電子伏特。

或者說就是86.17KeV。

並不算是多高的溫度。

在核爆炸的過程中,一顆鈾原子核裂變會放出2枚中子,這個中子的能量大約是2兆電子伏特,也就是86.17KeV的23倍左右。同時裂變還會直接釋放出201Mev的能量。這個能量如果按溫度來說也是10億度的200多倍。

所以說看起來10億度很高但並不是特別高的感覺。


但有一點就是10億度雖然不高,但也不會大範圍的存在。

這裡就有一個溫度和熱能的概念了。

溫度是指粒子運動的激烈程度,熱能是指物質中所有熱運動粒子所包含的能量總和。

86.17KeV的中子運動速度只有每秒3600多米,看似很高能量,但是由於中子本身的質量很低所以每枚中子所具備的能量也只有1.38X10^-14焦耳的能量。基本上一枚10億度的中子是啥事都做不了的。

除非是有很多很多的中子,才能真正搞出點事情來,例如——原子彈爆炸。


有一個比喻,可以更好的說明熱量和溫度。

這裡就又得引入一個詞彙叫做比熱容了。

水的比熱容是4200 J/(kg·K),空氣的比熱容是1005J/(kg·K)並且水的密度是空氣的800倍。

這就導致了,我們在70度的桑拿房裡面蒸桑拿是強身健體的行為,如果跳到70度的水裡去游泳是自殺的行為。區別並不在於溫度而在於——熱量


軍武數據庫


溫度是表示物體冷熱程度的一個概念,實質上,溫度是組成物體的粒子之間熱運動的劇烈程度。所以說,組成物體的粒子運動速度越快,其溫度就越高,粒子運動速度越慢,其溫度就越低。既然瞭解了這些,那溫度要是達到了10億攝氏度呢?



因為目前世界上最快的速度就是光速了,而粒子的運動速度又是沒有上限的,其速度最快也可能就是光速,所以宇宙中存在的最高溫度也是無上限的。而我們目前所熟知的最高溫度的物體就是太陽了,可就是太陽,其表面溫度也大約只有5500攝氏度,中心溫度大約有2000萬攝氏度,太陽的中心溫度都沒達到10億攝氏度的五十分之一。


而我們知道,太陽溫度極其高,在如此之高的溫度下,所有物質都只能以氣體存在,並且都處於等離子態。所以太陽本身也是一個氣體的火球。只要有物質稍微接近太陽邊緣,就立刻化為灰燼了。這還不算什麼?太陽這個溫度在宇宙中都不值一提,還有溫度更高的。

科學家們測到四萬億攝氏度的瞬間溫度,在此等高溫狀態下,物質根本都難以集聚到一塊,原子之間的作用力受高溫影響,都無法起作用,所以,只能以夸克狀態存在。科學家們將物質可能達到的最高溫度表示為普朗克溫度,而普朗克溫度的值為1.417×10∧32K,如果粒子運動的最高速度達到了光速,那麼,此物質的溫度也就達到了普朗克溫度。


10億攝氏度就是比太陽中心的溫度高上50倍,那是一種什麼樣的狀態?可能物質變成氣態後,氣體內的原子之間都無法相互作用了,或許真的如上所說,其只能以夸克的狀態存在了。


時間史


溫度是表徵一個物體的冷熱程度,如果從微觀層次考慮是分子熱運動劇烈程度的外在表現。人類生存的環境大體上就是在零上零下三十攝氏度的範圍內,一定是難以想象10億攝氏度是什麼概念。

因為是分子熱運動表現出外在溫度,那麼微觀粒子無限接近靜止溫度被設定為絕對零度,這是理論上的最低溫度。而如果粒子無限接近於光速,那麼被認為是理論上的最高溫度,定義為普朗克溫度。科學家認為宇宙大爆炸第一瞬間的溫度就是普朗克溫度。因為粒子不可能會靜止也不可能會達到光速,所以絕對零度和普朗克溫度理論上都是達不到的。


我們太陽內核處正在進行著劇烈的核聚變,溫度可達2000萬攝氏度,這裡是太陽溫度最高的地方。但是這比10億攝氏度差的太多,但實際上人類目前通過大型強子對撞機已經達到了10億攝氏度,有的人可能會說目前已知熔點最高的物質是“五碳化四鉭鉿”(Ta4HfC5),熔點大約是4215℃,什麼材料能抵抗10億攝氏度的高溫?

實際上這種高溫可能並沒有大家想象中的那麼可怕,例如在外太空中用儀器測量出的溫度可能是千八百攝氏度,而人的體感溫度很可能就是十幾攝氏度而已,甚至可能會感覺冷。這裡就是溫度和熱量的區別了。

從強子對撞機中測出的溫度是非常高,但是奈何微觀粒子數量少,傳出的熱量可能就很少。據一個不恰當的例子但有助理解:有兩個微觀粒子在熱運動,它們的溫度是10億攝氏度;而有兩億個微觀粒子在熱運動,但是它們的溫度卻只有50攝氏度。那麼最終的結果就是10億攝氏度對於你來說都沒有感覺,而50攝氏度熱的不行。當然這是比較誇張的說法。


所以說10億攝氏度你只需要理解他們的分子平均熱運動特別劇烈就好了,至於熱量很難說。



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