03.08 我們知道,分子運動速度越快,物體溫度越高,當分子運動速度達到光速時,溫度有多高?

江松o


首先我要說的是,根據愛因斯坦狹義相對論,你的分子永遠達不到光速,只能無限接近。

其次,當分子運動速度,無限接近光速的時候,意味其能量越來越高。這個時候,通常構成分子的各個原子間作用力,已經無法支撐一個穩定的分子結構了。當一個分子加速到一定能量(速度)後,分子必然分裂成原子。


我們這麼來形容吧:


當一個固體被加熱,他會融化成液體。

繼續加熱,液體會蒸發成為氣體。

再繼續加熱,氣體會變成等離子體。

再增加能量,就是一個個原子、原子核

再增加能量,就是中子、質子、電子等

再繼續,也許就是夸克?弦?


至於烤雞翅,你想多了,真的接近了光速,那種能量能瞬間讓烤雞變成飛灰。


徽劍


我用分子動理論給大家解答這個問題。分子動理論說:分子是永不停息地作無規則運動。分子運動越劇烈,其宏觀表現就是溫度越高。隨著分子吸收外界能量的增加,分子運動加快,當分子動能增加到一定程度時,分子就會爭脫分子間的作用力而逃逸,成為單個的分子。在宏觀上表現為物體發生了物態變化。從固態→液態→汽態。



這個問題有三個科學錯誤。

第一,分子運動是無規則運動,不是定向運動。假如其達到光速,它的大小是確定的,運動的方向確定了嗎?



第二,分子運動是在物體的內部達到光速還是成為單個的分子後達到光速。如果是在物體內部,物體早己被汽化了,如果是在物體成為單個分子後達到光速,分子會"分解"成一些基本粒子了,也不存在有溫度之說。



第三,溫度是物體的冷熱程度。它是決定物體內能多少的一個因素。而內能是物體內部所有分子的勢能和動能之和。所以,溫度是"分子團"的集體表現,單個的分子沒有溫度之說,即使運動達到光速也是無溫度之說。當分子間距離很大時,也相當於每個分子的獨立運動。


理性科普者


溫度的本質,在微觀領域體現是“分子熱運動劇烈程度”,即分子運動速度。但需強調兩點:

➢ 分子的熱運動,是無規則運動;

➢ 物體所有分子整體平均動能的大小,才是宏觀層面溫度高低的體現,它不取決於單個分子運動速度。

為何要著重強調這兩點呢?

回到本題不難發現,“當分子運動速度達到光速時,溫度有多高?”這一問,有偷樑換柱之嫌。

1、有靜止質量的物體,速度無法達到光速,即使單個分子也不可能。

根據愛因斯坦質能方程:E = mc²=m(0)c²/√(1-v²/c²)

m(0)是物體(相對)靜止質量,c為光速,v為物體實際運動速度

當速度v趨近於光速c,分母“√(1-v²/c²)”將趨近於0。物體所需的能量E趨近於∞(無窮大)。雖然整個宇宙的能量總體是難以計數的規模,但宇宙畢竟只是930億光年有限空間,全部能量集合也未必能稱之為∞。

其實,通過洛倫茲質量方程:m=m(0)/√(1-v²/c²)也可以看出,即使是單個分子的微小質量,當物體趨近於光速,其運動質量也將達到∞。

所以,物質(包括有靜止質量的分子)不可能真正達到光速。

2、個別分子的超高運動速度,不能體現宏觀物體溫度。

即使有個別分子在受到特定“場”作用,速度能趨近於光速,那該分子也將以輻射的形式瞬間脫離物體本身,其所具有的動能也就不再歸屬該宏觀物體的分子平均動能。

所以,單個分子速度,不是宏觀物體的溫度體現。

3、那麼,宇宙中存不存在“絕對高溫”呢?

理論答案是“存在”,但通常不叫“絕對高溫”這一名字,而叫“普朗克溫度”。

絕對零度,理論概念不難理解,是所有分子的運動速度都最低——為0,即所有分子都停止運動。
同理,普朗克溫度,則是所有分子運動速度都最高——為光速c,廣義相對論規定了物體速度不能超過光速。

對於非理想氣體,光速狀態下的分子動能E(k)=kT ,它同樣是一份“普朗克能量”。

[k為玻爾茲曼常數,T為開氏溫度]

E(p)=m(p)c²

[E(p)是普朗克能量,m(p)是普朗克質量,c為光速]

E(k)=E(p),得:

T=m(p)c²/k

=(2.1765x10^-8kg)x(2.9979x10^8m/s)²/(1.3806x10^-23J/K)

≈1.4169x10^32K

普朗克溫度是宇宙內的高溫極限,如同普朗克長度極限一樣,不會高於這個溫度,討論超過1.4169x10^32K的溫度數值,沒有任何意義。

普朗克溫度只有在宇宙奇點大爆炸的最初幾秒內出現過,此後的溫度,都不可能再達到如此高位。


一週刊


這個問題值得探討一下,根據熱力學第一定律,或能量守恆與轉換定律,有基於概率與統計學原理,

溫度是基於玻爾茲曼常數(k)關於熱平衡系統所含粒子平均動能的指標,其解析式寫成:

Ek=½mv²=1.5kT,或:T=½mv²/1.5k...(1)

其中的玻爾茲曼常數:k=1.38×10⁻²³J/K,從量綱分析可知,k相當於能溫當量。

有人以為,方程(1)只適合分子,不適合原子與亞原子,這是一個誤解。溫度是一個強度指標,與粒子質量(m)的總量指標無關。

有的分子質量如氫氣(H₂=2u)比氧原子(O=16u)質量小7倍,比臭氧分子(O₃=48u)小23倍。

例1,大型強子對撞機(LHC)可以將電子加速到0.999c≈3×10⁸m/s,此時該電子的溫度,

T=½m₀c²/1.5k≈2×10⁹K=20億開。

例2,估算電中微子(νe)的溫度。中微子速度幾乎就是光速:v≈c,問題是電中微子的質量,現在似乎沒人說清楚。

不妨按中子衰變方程:中子=質子+電子+電中微子,即:n=p+e+νe,再考慮質量守恆。

即:νe=n-(p+e)=1840m₀-(1836+1)m₀,m₀是電子質量,故:νe=3m₀=2.73×10⁻²⁸[kg],顯然,電中微子溫度是電子的3倍:T=6×10⁹開。

例3,計算黑洞內部質子的熱力學溫度。

這個有點難,問題是我們不清楚黑洞內部的電子與質子之間的動力學關聯及其震盪速度。

筆者認為,黑洞是超大質量的中子星,內部都是亞原子粒子在臨界簡併壓下的極速運動。

電子(m₀)繞質子(m*)的軌道線速度=光速:v₀=c,根據動量守恆定律:

m₀c=m*v*...(3),質子震盪速度v*=m₀c/m,代入相關參數,有:v*=α²c=137千米/秒。而常規原子內部的質子震盪速度v*'=1.2km/s。

有了速度,就可估算對應的熱力學溫度。具體計算大家都會套公式,在此不必贅述。

不過,方程(1)不適合光子之類的玻色子。此時要根據光電效應方程,用平均輻射輻射動能來表示電磁波的溫度,即:

hc/λ=1.5kTξ,或:T=hc/1.5kλξ...(2),式中,ξ≈10,是經驗係數,即:

T=(hc/15k)/λ=k'/λ...(3)

其中,k'=9.61×10⁻⁴[J²m/K]...(4)


例4,估算紅光波長λ=780納米的電磁波溫度。解:T=k'/λ=9.61×10⁻⁴÷(7.8×10⁻⁷)=1230K。

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物理新視野


我們知道粒子加速器把粒子加速到接近光速時候,就可以把質子撞的四分五裂,變成夸克,你想想達到光速時候還有分子嗎?宇宙中存在比質子還堅固的原子分子嗎?

既然沒有!

那麼溫度這個原子分子平均運動速度的統計已經失去了意義!

我們地球人類溫度計測量不了那麼大的高溫,用黑體輻射規律去計算,但這計算出來的結果正確嗎?

瑞利-金斯定律是用於計算黑體輻射強度的一個很好的定律。但溫度過高時候與實驗不符,這就是科學史上的“紫外災難”,

不知道他們用多少的溫度做的實驗,既然能讓黑體輻射的波長峰值移動到紫外區域,那麼這個實驗黑體溫度肯定比太陽表面溫度還高!地球上沒有任何物質可以承受這樣的溫度!

???

烏雲籠罩!



熵增的天敵




首先需要明確的是,在通常情況下分子的運動速度接近不了光速,更達不到光速。因為分子難以遇到這麼大的激發力作用。退一步說,即便有如此大的激發力,那麼分子也就不是原來的分子了,它會因其他激發物對它的強烈撞擊而碎裂成原子,甚至是質子或最小基本粒子——電子。



分子要達到光速只有一種可能,那就是在宇宙收縮階段的高度真空環境下,物質以直線重力加速度投向中心天體的行進過程中。



不錯,分子速度越快,溫度越高。但這裡需要知道的是:同樣是能量,在某一種狀態下我們可把它看成是運動力,而在另一種狀態下又可以把它看成是溫度(溫度是熱量的定量或度量)。

在這裡,我們是否可以將分子以上的物體劃分到宏觀物體一類呢?比如小分子和大分子結合物以上的物體。而將分子以下(不包括分子)的物體劃分為微觀物體一類呢?比如原子、質子、中子和電子。反正是人為的,就這麼定了。



宏觀物體在高速運動狀態下,我們往往把它看成是這個物體所帶有的運動力。那是因為我們沒有感覺到它的溫度存在。比如,一把高速運動的沙石子撞擊人體後,人感覺到的是痛,而不是熱、燙或溫度。

相反,微觀粒子(原子、質子和電子)在高速運動狀態下,同樣是物體帶有的運動力,然我們又往往把它看成是物體帶有的溫度。所以,物體的運動動能,是力還是溫度,它都是我們的一種感覺,無論物體是宏觀還是微觀,它們的本質,都一樣是物體的運動力。



至於“分子達到光速溫度有多高”的問題。應該說物質的運動速度越快,該物體帶有的運動動能就越大。就微觀粒子而言,它的溫度也就越高。因為能量是物體的運動力。它的最合理計算公式應該是:質量×實際運動速度=運動力(能量)。再將能量(力)轉換算成溫度。假如哪些物體的實際運動速度為光速,那就是把哪些質量×光速,就等於“溫度”了。



值得重聲的是,只有像原子、質子,特別是電子的微觀粒子高速運動,我們才能把它看成是帶有溫度的,其他宏觀物體的高速運動,我們只能把它看成是力或能量(動能)。但是,它們本質上都是物體的運動力。


海門老馮


首先,溫度並非與分子運動速度成正比,也非分子熱運動平均動能的標誌,而是與分子熱運動時產生的電磁輻射強度峰值所對應的頻率(簡稱峰值頻率)的標誌!

其次,分子熱運動峰值頻率雖然與溫度高低成正比,但同樣峰值頻率的分子熱運動動能則不一定相同,如同為0度的水和冰,其動能相差巨大!按水的比熱可計算出0度的水成為0度的冰會釋放出4倍於0度的水加熱到100度時所需熱量!

再者,分子以光速直線運動與靜止時的溫度並無實質性區別!因為靜止與勻速直線運動時分子的狀態並無實質性區別!

有興趣的朋友們可參閱本人的相關文章並參與討論!











彭曉韜


也就是說,隨著物體分子運動的越快溫度的升高,就會使得物體本身產生一系列變化,比如物體會由固態變成液態,再變成氣態,期間如果達到著火點,就會燃燒或爆炸等等。

倘若物體分子速度達到光速,物體便會不再是物體本身了,就成了一團光了。或者熱能會成為光能,抑或溫度隨著物體分子原子離子的四處遊離輻射等等,不再升高,甚至有時反會降低。


詩領頭羊


分子運動達到光速,這個所謂的光速狀態,其實也是這個分子脫離或馬上脫離原生態體系的臨界狀態。也可以說這個分子馬上就不在原生態體系存在了,此時的溫度就是生態體系自身的最高溫度,生態體系的自身最高溫度有多高,此時分子的溫度就有多高。當這個分子在光速狀態的瞬間過後,它的溫度對於新的生態體系來說就是那個生態體系自身的最低溫度了,每個生態體系自身的溫度範圍是不一樣的的,所以,並不存在一個確定值的最高或最低溫度,要因事而定,而知。


北京得明


溫度是一個宏觀量,應該說溫度越高,分子的熱運動越劇烈,而不是樓主所說的分子運動越劇烈溫度越高,注意因果關係不能顛倒,有本質區別。再舉個例子吧,光是電磁波,由波粒二象性指出,它既有粒子性又有波動性,如果我們考慮它的粒子性,把它當做樓主所謂的分子,那麼在光以光速前進的時候(所定義的光速是指光在真空中傳播的速度,在我們身邊的世界實際達不到那個速度)它可以具有很高的能量,也可以只有幾微瓦的能量(例如半導體激光器發射的激光,同一激光波長,我們可以手動調整光源能量),很顯然能量越大溫度就會越高,那麼為什麼會這樣?因為溫度不是唯一決定因素。

呃,有點跑題,說回普通粒子,經過迴旋加速器加速的粒子,其速度雖然到不了光速,但也非常快,經過同步加速器可以達到幾百億電子伏特,而電子伏特與溫度的對應關係大概是1K(開氏溫標)對應8.6×10^(-5),換算下來電子的溫度大概在10的13次方數量級,拿來烤個雞翅應該沒問題吧


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