在溫度范圍內(nèi)的中低階段,水是液態(tài)的,DNA和蛋白質(zhì)這樣的復(fù)雜分子能夠起作用,讓像我們這樣的生物有了生存的可能。當(dāng)溫度稍稍升高,蛋白質(zhì)就會(huì)變性(用于烹飪),這讓我們的生活多了滅菌一環(huán)。朊病毒能在135℃的沸水中存活,需要121℃的氫氧化鈉溶液(低于135℃)才能使其失去活性。
(圖解:常溫下的液態(tài)水 來(lái)源:pakutaso)
(圖解:高溫下沸騰的水 來(lái)源:freeImages)
在溫度較高的階段,原子無(wú)法結(jié)合形成分子,不存在液相和固相,電子也不能與等離子體中的原子結(jié)合。一些物質(zhì)的其它奇異狀態(tài)能存在于非常高或非常低的溫度中,但此時(shí)的溫度已經(jīng)超越了這種反應(yīng)的發(fā)生范圍。恒星產(chǎn)生的能量,比如超新星,可以產(chǎn)生極高的溫度,我們可以從幾千光年以外的地球安全地觀察到這一切。幸運(yùn)的是,大氣層和地球磁場(chǎng)能保護(hù)我們免受這些高能或高溫事件所釋放的大部分紫外線、X射線、伽馬射線和宇宙射線的傷害。其中一些宇宙事件異常活躍,伽馬射線的爆發(fā)可能導(dǎo)致了地球曾經(jīng)的物種大滅絕。
(圖解:許多宇宙事件能產(chǎn)生極高的溫度 來(lái)源:知乎專(zhuān)欄)
我們通常可以用每小時(shí)2英里的速度行走,但我們現(xiàn)在可能是靜止?fàn)顟B(tài),而理論上我們可以達(dá)到每小時(shí)6.7億英里的速度!我們存在于速度與溫度的低端,也意味著我們處于能量的低端。(不僅只有我們,整個(gè)宇宙都是懶惰的,前面關(guān)于低能量狀態(tài)的例子很好地形容了物體為什么會(huì)生銹、掉落、燃燒和放射衰變等。)
我并不同意溫度沒(méi)有上限的說(shuō)法。溫度的定義是平均分子的動(dòng)能,準(zhǔn)確的公式是T = 1/(3k)mv^2,其中m是分子的質(zhì)量(kg),v是速度(m/s),k是玻爾茲曼常量1.3806488E-23 J/K。當(dāng)分子靜止時(shí),v=0,也就是我們所說(shuō)的“絕對(duì)零度”。當(dāng)v接近光速,即=3e8 m/s時(shí),就達(dá)到了最高溫度。
(圖解:開(kāi)爾文與玻爾茲曼常數(shù) 來(lái)源:新浪)
在空氣中,300開(kāi)爾文(約為27℃)時(shí)分子最快能夠達(dá)到聲速,大約300m/s。所以空氣的最高溫度約為300*(3e8/300)^2 = 3e14K。這是理論上空氣中溫度的上限,不過(guò)在達(dá)到這個(gè)溫度前物質(zhì)就會(huì)分解成亞原子粒子,我并不相信亞原子粒子能夠存活。這很像大爆炸早期的高溫期。
(譯者注:考慮到翻譯嚴(yán)謹(jǐn)性,以上所有公式、計(jì)算與常數(shù)均為直接復(fù)制原文,如有錯(cuò)誤敬請(qǐng)留意)
攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)是為人們?nèi)粘I钪谐R?jiàn)的溫度范圍而設(shè)計(jì)的。
(圖解:攝氏溫標(biāo)在生活中廣泛運(yùn)用 來(lái)源:中央氣象臺(tái))
還有另一類(lèi)人,他們除了生活在常用這兩個(gè)尺度的地球上以外,還對(duì)地球以外的環(huán)境感興趣——一個(gè)溫度接近絕對(duì)零度的地方。這個(gè)地方的微粒停止了一切運(yùn)動(dòng)——這成為測(cè)量所有溫度的基準(zhǔn)。由于“無(wú)運(yùn)動(dòng)”的狀態(tài)是靜止的,因此被定義為“絕對(duì)零度”,這就是開(kāi)爾文溫標(biāo)的起點(diǎn)。在開(kāi)爾文溫標(biāo)里不可能有“零度以下”,因?yàn)闆](méi)有任何物質(zhì)能比“絕對(duì)零度”更冷(微粒運(yùn)動(dòng)更小)。
(圖解:開(kāi)爾文單位是為紀(jì)念著名物理學(xué)家開(kāi)爾文而命名的 來(lái)源:ps-taiwan)
開(kāi)爾文定律,即熱力學(xué)第三定律。在一個(gè)接近熱平衡的系統(tǒng)中,不可能通過(guò)有限步驟達(dá)到絕對(duì)零度。所以絕對(duì)零度是可以達(dá)到的溫度的下限。
可以達(dá)到的最高溫度的下限沒(méi)有物理限制。
1)-275.15是一個(gè)隨機(jī)數(shù)字,我們也可以把它稱(chēng)作0或-1000或45322。
2)溫度不能到達(dá)正數(shù)。最終,當(dāng)一個(gè)封閉系統(tǒng)的溫度升高時(shí),熵開(kāi)始減少而非增加,使增加系統(tǒng)溫度越來(lái)越困難。
由于溫度有下限(0)但沒(méi)有上限,所以每個(gè)溫度值都更接近下限。每個(gè)有限數(shù)都比無(wú)窮更接近零(另一個(gè)有限數(shù)),因?yàn)閚-0=n,∞-n=∞。
參考資料
1.維基百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3. K君- quora
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