10亿摄氏度是个什么样的概念?

追逐繁星DGC


答:10亿度已经远远超过了我们太阳内部的温度,大质量恒星在演化末期,核心温度可达到10亿度以上,然后点燃氖、钠、镁、铝等元素。


在我们地球上,熔点最高的物质是铪合金,大约是4200℃,地球核心温度可达6800℃,足以融化地球上的任何物质,在太阳内部,温度更是高达1500万度。

这样的超高温已经超过了普通人的理解范围,温度的本质是微观粒子的热运动,微观粒子的热运动越剧烈,宏观表现出来的温度也就越高,如果微观粒子的热运动完全停止,那么就达到了理想的绝对零度。


人类只有在高能物理中,能接触到如此高的温度,比如中国的“人造太阳”,就产生了高达1亿度的电子流,由超导体产生的强磁场束缚着;在氢弹爆炸的瞬间,中心温度可达2亿度以上;在大型强子对撞机中,人类制造过4万亿度的超高温,这个温度是根据碰撞粒子的速度来计算的。

此时没有任何实体物质能束缚高温粒子,大型强子对撞机制造的瞬间温度虽然高,但是高温粒子的数目很少,能量在瞬间就会散失掉,并不会融化装置的内壁。


比如NASA发射帕克太阳探测器,在近日点时,太阳激起的日冕温度高达100万度,但是粒子密度只有每立方米10^15个,这些高温粒子直接撞击到帕克太阳探测器的外壳,探测器强大的制冷装置,能及时转移这些能量,使得探测器外壳不至于融化。

10亿度的高温,可以在部分恒星中产生,大质量恒星在演化末期,会形成红超巨星,当碳和氧的燃烧结束时,温度可达10亿度,然后氖、钠、镁、铝等元素开始燃烧,最终形成硅、钙、铁等元素。

大质量恒星在发生超新星爆发时,内部温度超过100亿度,这样的温度下原子核已经解体,如果超新星留下的是一颗中子星,中子星在刚形成时内部温度可达1000亿度,然后会在几分钟内降至几十亿度。


我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


10亿摄氏度是什么概念?非常抽象的概念啊,让我们拿出一根普通的温度计,每一毫米(mm)代表1摄氏度,边走边看吧。

让我们走起来吧

当温度计读数在30摄氏度,也就是3厘米(30mm)长度左右时,就是我们人类生存的大体环境温度了。

温度计延伸到100mm时,水将沸腾,当然我指的是一个标准大气压同时海拔为0啦。同学们别钻牛角尖啊。

温度计再伸长,超过500mm,碳基生物的末日将到来,由碳元素组成的化合物的化合键将被打断,地球上已知的绝大部分生命,同学们可以说再见了。

虽然已经没有生命能继续沿着温度计往前,但我们仍旧不放弃,为了科学,奔跑吧,兄弟!温度计达到4215mm!地球上熔点冠军——“五碳化四钽铪”(Ta4HfC5)——在离我们起点42米左右的距离出现了。现在温度计竖立起来,大约有12层楼左右高了。腿脚不好的同学走完这段楼梯,将有点喘。

地球核心表示,这点温度算啥!对,地球核心经过我们计算,可以高达6800摄氏度!远超太阳表面的5500摄氏度!这时候,我们这根温度计已经有玛雅金字塔的垂直高度了。

我要开车了

太阳表示不服,地球你就一个小弟弟,那点温度还敢拿出来炫耀!太阳日冕的温度超过100万摄氏度,而太阳的核心温度更是可以突破2000万摄氏度!在太阳大佬的热情努力下,我们的温度计瞬间脱胎换骨,长度暴涨达到20万米!也就是200千米!这次温度计的长度测算,同学们要记录读数,就别走路了,得飚车两个小时。

在这里,大自然的数据基本到达尽头,嗯,离题主的提问还差挺远的距离呢,不急,世界上人造可控核聚变约束装置,我们实现过——5000万摄氏度的高温!这下开车的同学估计得哭,500千米的温度计啊,得做司机5小时啊,可是连续4小时算疲劳驾驶,一次把数据记录清楚,老司机也扛不住啊。

飞出宇宙吧

人类的智慧没有到尽头,我们的温度计长度也还没有达到尽头。重离子对撞机中,物理学家让两束金离子束高速相撞,制造出了高达4万亿度的温度!而大型强子对撞机,氢原子核和其他原子核的高速碰撞甚至制造出了高到10万亿度的高温。这一把就飚过头了!我们只需要的10亿摄氏度就足够了,现在给烧钱烧到了10万亿摄氏度,难怪杨振宁摇头怕怕,真是败家啊!照理换算一下,10亿大约就是10000千米,差一点点就能把地球捅穿(地球直径1.2万千米)。而10万亿摄氏度,算了吧,差不多伸到太阳那里去了。

结语

这下同学简单直观的了解10亿摄氏度的概念了没?要不要咱们跑一次全温度马拉松?


猫先生内涵科普


目前只有在黑洞晕观测到10亿℃。太阳周围日晕温度是100万℃;超新星在爆发时能产生1500亿℃;中子星碰撞可产生3000亿℃;人类的大型强子对撞机能将粒子加速达到10万亿℃;而宇宙最高温度是普朗克温度,为1.416833×10³²K也就是1.416833亿亿亿亿℃。


这样看来10亿℃是否并非那么高温?

10亿℃的高温在宇宙而言或许温度并不算太高,可在人类等生物看来是异常可怕的。

人类能存活的最低体温是13.7℃,最高体温是46.5℃,正常的平均体温是37℃,如果升温将会危及生命健康。目前测得地表最高温度是71℃,月球向阳面平均温度是101℃,金星地表平均温度是462℃,从火山喷发的熔岩高达1200℃,古老炸弹爆炸温度是5000℃,太阳表面温度高达5500℃,地核最高温度高达6800℃,核爆中心温度高达1万℃…


温度是物体内部的原子与分子运动产生,运动速度越快温度越高,密度越大温度也会越高。如果原子、分子等粒子都停止了运动,便会达到绝对零度,为-273.15℃,此时温度也就不会再低了。

而粒子的运动如果达到极限,那就会达到普朗克温度,也就是宇宙最高温度。这是宇宙大爆炸初期在普朗克时间内产生的温度,此时的宇宙刚从一个奇点爆炸开来,体积几乎为0,热量、压力、密度、时空曲率都接近无限大,才会到达这样的温度。而黑洞内部基本粒子都没有了,它的温度会无限升高。


目前用X射线观测到的10亿℃是黑洞周围的黑洞晕,这样的高温可熔化一切物质。如果遇冷又会生成新的钛、钴、镍、铁、银等重金属元素。


弄潮科学


10亿摄氏度当然是一个很高的温度,但相比宇宙中存在的最高温度还是一个小KS。

宇宙中最高温度是普朗克温度,存在于宇宙大爆炸刚开始那一刻,也就是大爆炸开始的10^-43秒时,温度为10^32K,也就是1亿亿亿亿度。大爆炸开始后的1秒钟,温度就降到了100亿度。

这里的温度可以认为是摄氏度(°C),也可以为开氏度(K),因为这两种温标相差275.15度,也就是说摄氏度0度时为开氏275.15K,以上两种温标都是以同样的刻度提升。而宇宙高温的估量只是相对准确,所以在万度高温的估量时,271.25度就可以忽略不计。只有在千度及零下温度时,必须明确表明是摄氏度或开氏度。

宇宙经过138.2亿年的膨胀演化,现在宇宙微博背景辐射温度低得可怜,只有2.75K,也就是-270.4摄氏度。

但宇宙中还是有很多高温的星体。

所有恒星都是中心进行着持续核聚变的天体,中心温度与恒星质量大小成正比,质量越大的恒星中心温度越高,燃料消耗得越快,因此寿命也就越短。

我们太阳中心温度1500万度,寿命有100亿年;迄今已知最大质量的恒星是r136a1,质量是太阳的265倍,其中心最高温度达到20亿度,只有这种温度才能完成铁以前的核聚变。这颗恒星的寿命只有300万年。

超过太阳质量8倍的大质量恒星在死亡前,会发生超新星大爆发,这个时候温度可以达到100亿度。现在人类能够认识宇宙中最高温度的地方有可能在刚形成的中子星上。

大质量天体超新星大爆发后,有两种尸骸,一种就是中子星,一般认为8~30倍太阳质量的恒星,超新星大爆发后,中心残留质量会形成一个中子星;30个太阳质量以上的恒星,超新星大爆炸后,中心残留质量会坍缩成一个黑洞。

是成为中子星还是成为黑洞,关键还是大爆炸后残留质量的多少,残留质量在太阳1.44倍以上,会成为一个中子星;如果残留质量在太阳的3倍以上,就一定会坍缩为一个黑洞。

黑洞中的温度人类无法获知,一般认为在中心奇点处,温度无限高;中子星刚形成时,表面温度就可以达到1000万度~1亿度,中心温度可以达到万亿度。这是科学界认为现在宇宙中可以认识存在的最高温度。

以上这些最高温度都是通过数理模型计算出来的,没有得到真正的监测数据。人类目前能够制造出的最高温度为10万亿摄氏度。

这种温度可以重现宇宙大爆炸百万分之几秒钟的宇宙状态,那是一种由“夸克—胶子等离子体”组成的稠密世界,连光都无法发出。那时还没有现在的4种基本力,所有的力都是合在一起,很简单很单纯。

这个最高温度是科学家们2011年11月8日开始,在欧洲大型强子对撞机中,通过把两束铅离子以相反方向加速到接近光速,再让它们对撞得到的,模拟了宇宙大爆炸开始瞬间的状况。

这个温度只瞬间存在,而且只是原子级范围,但在极其精密的仪器监测下,能够抓住并把它纪录下来。

通过上述介绍,我想各位朋友已经对10亿度是一个什么概念有了一个基本了解。

时空通讯概括一下:10亿度是一个很高的温度,但在宇宙中并不算高,在我们能够监测的世界还是很高的。人类创造出的瞬间温度已经是10亿度的1万倍。

人类现在正在研究开发的可控核聚变温度需要1亿度,又叫人造小太阳。现在最大的困难就是怎样束缚保存这1亿度高温,并使它能够长期稳定的存在,还要使这个温度成为可利用的能源。

要知道世界上没有什么物质制造的容器能够承受1亿度高温,现在采用的容器为磁约束、惯性约束和重力约束三种方式。这是另一个话题,过去时空通讯多次阐述过,这里就不讲了。

人类虽然能够制造出比10亿度更高的温度,但就像氢弹爆炸,是不可控的温度。所以如果人类能够实现对10亿度温度的控制,就是一个不得了的成功。

就是这样,欢迎共同探讨。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,所有文章均属原创,请尊重版权,谢谢关注支持。


时空通讯


从微观上来讲,物体的温度是由组成粒子的热运动产生的,粒子的热运动剧烈程度越高,其平均动能越大,物体表现出的温度也就会更高。如果粒子的热运动停止,温度将会达到最低值——绝对零度,约为-273.15 ℃。但绝对零度只能在理论上达到,因为量子力学中的不确定性原理禁止粒子完全静止。另一方面,如果粒子的热运动足够剧烈,其温度将会达到10亿摄氏度。

10亿度是一个相当高的温度,我们在生活中不可能会接触到如此高的温度。地球上也没有什么材料可以承受这样的超高温,目前已知熔点最高的人造物质为五碳化四钽铪,但它的熔点还不到4300度。在宇宙中,10亿度不仅远超太阳表面的温度,而且还比只有上千万度的太阳核心温度高得多,也只有中子星核心的上千亿度温度能超过它。

尽管如此,人类在实验室中已经制造出了远超10亿度的温度。在相对论重离子对撞机中,物理学家让两束金离子束高速相撞,由此制造出了高达4万亿度的温度,并且产生了类似液体的夸克-胶子等离子体。而在大型强子对撞机中,氢原子核和其他原子核的高速碰撞甚至制造出了高到10万亿度的高温。

如前所述,人类制造出的材料不可能承受上亿度的高温,那么,为什么粒子加速器却能承受上万亿度的温度呢?

原因在于温度和热量是两种概念。粒子热运动越剧烈,温度越高,但这并不意味着热量也会越高。如果粒子密度很低,纵使其温度再高,其热量仍然会很低。

以太阳的日冕为例,太阳的日冕温度超过100万度,但那里的粒子密度非常小,所以NASA的帕克太阳探测器能够安全飞入其中,该探测器的最高温度只会上升至大约1400度,而非一百多万度。同样的道理,尽管宇宙中发光发热的恒星很多,但宇宙的密度非常低,使得宇宙的平均温度只有-270.42 ℃。


火星一号


简单的说就是86169.731电子伏特。

或者说就是86.17KeV。

并不算是多高的温度。

在核爆炸的过程中,一颗铀原子核裂变会放出2枚中子,这个中子的能量大约是2兆电子伏特,也就是86.17KeV的23倍左右。同时裂变还会直接释放出201Mev的能量。这个能量如果按温度来说也是10亿度的200多倍。

所以说看起来10亿度很高但并不是特别高的感觉。


但有一点就是10亿度虽然不高,但也不会大范围的存在。

这里就有一个温度和热能的概念了。

温度是指粒子运动的激烈程度,热能是指物质中所有热运动粒子所包含的能量总和。

86.17KeV的中子运动速度只有每秒3600多米,看似很高能量,但是由于中子本身的质量很低所以每枚中子所具备的能量也只有1.38X10^-14焦耳的能量。基本上一枚10亿度的中子是啥事都做不了的。

除非是有很多很多的中子,才能真正搞出点事情来,例如——原子弹爆炸。


有一个比喻,可以更好的说明热量和温度。

这里就又得引入一个词汇叫做比热容了。

水的比热容是4200 J/(kg·K),空气的比热容是1005J/(kg·K)并且水的密度是空气的800倍。

这就导致了,我们在70度的桑拿房里面蒸桑拿是强身健体的行为,如果跳到70度的水里去游泳是自杀的行为。区别并不在于温度而在于——热量


军武数据库


1.理论上,现在可控核聚变5000万度的物质,压缩体积为二十分之一可能可以得到10亿度。

2.10亿度的一个分子就可以使人体一个血红细胞的所有10亿个氧分子,升高一度。注意是一个分子,这个能量其实是极大的。

3.10亿度的物质,可以使任何碰到它的物质灰飞烟灭。事实上,不用十亿度,太阳中心的温度2000万度和原子弹已经可以做到。

4.10亿度的物质,肯定已经不是分子了,至少是离子。甚至有可能连离子都不是,变成原子了。甚至可能是夸克+电子,因为现今世界使用的,可以碰撞出电子,中子的超大型强子对撞机,也可以把夸克碰撞出来。





指尖科技说


温度是表征一个物体的冷热程度,如果从微观层次考虑是分子热运动剧烈程度的外在表现。人类生存的环境大体上就是在零上零下三十摄氏度的范围内,一定是难以想象10亿摄氏度是什么概念。

因为是分子热运动表现出外在温度,那么微观粒子无限接近静止温度被设定为绝对零度,这是理论上的最低温度。而如果粒子无限接近于光速,那么被认为是理论上的最高温度,定义为普朗克温度。科学家认为宇宙大爆炸第一瞬间的温度就是普朗克温度。因为粒子不可能会静止也不可能会达到光速,所以绝对零度和普朗克温度理论上都是达不到的。


我们太阳内核处正在进行着剧烈的核聚变,温度可达2000万摄氏度,这里是太阳温度最高的地方。但是这比10亿摄氏度差的太多,但实际上人类目前通过大型强子对撞机已经达到了10亿摄氏度,有的人可能会说目前已知熔点最高的物质是“五碳化四钽铪”(Ta4HfC5),熔点大约是4215℃,什么材料能抵抗10亿摄氏度的高温?

实际上这种高温可能并没有大家想象中的那么可怕,例如在外太空中用仪器测量出的温度可能是千八百摄氏度,而人的体感温度很可能就是十几摄氏度而已,甚至可能会感觉冷。这里就是温度和热量的区别了。

从强子对撞机中测出的温度是非常高,但是奈何微观粒子数量少,传出的热量可能就很少。据一个不恰当的例子但有助理解:有两个微观粒子在热运动,它们的温度是10亿摄氏度;而有两亿个微观粒子在热运动,但是它们的温度却只有50摄氏度。那么最终的结果就是10亿摄氏度对于你来说都没有感觉,而50摄氏度热的不行。当然这是比较夸张的说法。


所以说10亿摄氏度你只需要理解他们的分子平均热运动特别剧烈就好了,至于热量很难说。



科学黑洞


温度是表示物体冷热程度的一个概念,实质上,温度是组成物体的粒子之间热运动的剧烈程度。所以说,组成物体的粒子运动速度越快,其温度就越高,粒子运动速度越慢,其温度就越低。既然了解了这些,那温度要是达到了10亿摄氏度呢?

因为目前世界上最快的速度就是光速了,而粒子的运动速度又是没有上限的,其速度最快也可能就是光速,所以宇宙中存在的最高温度也是无上限的。而我们目前所熟知的最高温度的物体就是太阳了,可就是太阳,其表面温度也大约只有5500摄氏度,中心温度大约有2000万摄氏度,太阳的中心温度都没达到10亿摄氏度的五十分之一。

而我们知道,太阳温度极其高,在如此之高的温度下,所有物质都只能以气体存在,并且都处于等离子态。所以太阳本身也是一个气体的火球。只要有物质稍微接近太阳边缘,就立刻化为灰烬了。这还不算什么?太阳这个温度在宇宙中都不值一提,还有温度更高的。

科学家们测到四万亿摄氏度的瞬间温度,在此等高温状态下,物质根本都难以集聚到一块,原子之间的作用力受高温影响,都无法起作用,所以,只能以夸克状态存在。科学家们将物质可能达到的最高温度表示为普朗克温度,而普朗克温度的值为1.417×10∧32K,如果粒子运动的最高速度达到了光速,那么,此物质的温度也就达到了普朗克温度。

10亿摄氏度就是比太阳中心的温度高上50倍,那是一种什么样的状态?可能物质变成气态后,气体内的原子之间都无法相互作用了,或许真的如上所说,其只能以夸克的状态存在了。


时间史


厄普顿布鲁克海文国家实验室的“原子撞击器”造成的剧烈爆炸,创造了4万亿摄氏度的新纪录。这比太阳的中心热得多,大家知道太阳内部中心温度相比而言只有1500万度,这个温度比恒星爆炸纳秒级中心所释放的超新星还要灼热数万倍以上。



所以科学家们的这次实验是想重现大爆炸之后的第一个微秒,假设我们有个温度计可以量一下当时温度,可达到几万亿度。根据现代理论,在第一批行星、星系甚至原子出现之前,太空中充满了夸克和极高温度的物质区。



那么这么创造这么高的温度有什么用呢?其实创造这些温度之后,能持续的时间非常短。主要原因是刚才说到的,科学家想要还原宇宙最初的状态,从而进一步推理宇宙大爆炸理论的可行性。上面说到的4万亿温度不用说普通物质了,就连夸克也“融化”成为等离子体了……


两年前,日内瓦CERN的物理学家们将铅离子碰撞成夸克胶子等离子体,通俗一点也就是融化的“亚原子汤”。瑞士日内瓦CERN的大型强子对撞机进行特大撞击后,温度达到了5.5万亿摄氏度或9.9万亿华氏度,这是太阳核心温度的36万倍!

这么高的温度目前来说……只是为了科研,以后就不知道了……


分享到:


相關文章: