为什么高温没有上限,而低温却有一个绝对零度在限制?( 三 )


当然,我们不能这么自信,所有事情都通过自己的理论知识来理解 。比方说,我们真能让某个原子完全被静止 。那我们就能知道它的位置和速度,这是和量子力学的不确定性原理相违背的 。我们实验上也是做不到这一点 。
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这个说法是错误的!低温的极限是绝对零度,即零下273.15摄氏度!同样高温也是有上限的,即普朗克温度!
这个普朗克温度是通过经典量子力学算出来的 。量子力学认为任何物体只要温度大于绝对零度(零下273.15摄氏度)就会向外辐射能量,同时也向外吸收能量,这就称为黑体辐射 。而其吸收能量过程中温度必然会升高,同时其波长会降低,但是波长不可能无限降下去,因此最终可以通过计算得到黑体辐射的最高温度,就是高温的上限——
1.41*10的32次方开尔文度 。
答:温度存在下限,本质原因是一个有限系统中的能量是有限的,然后热力学定义了这个最低能量状态为绝对零度!
一个经典热力学系统,我们输入热量会导致系统温度升高,输出热量会导致系统温度降低;如果我们一直输出等量的热量,那么系统内能总有输出完的时候,因为一个有限系统的能量是有限的!

为什么高温没有上限,而低温却有一个绝对零度在限制?

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于是,科学家就把内能最低的这个状态,称作绝对零度!因为系统内能已经为零,所以系统温度已经达到最低!
在经典热力学中,最高温度是没有限制的,只要不断输入能量,温度就能继续升高,这是在外部“能量无限”前提下成立!

但是在量子力学中,描述了一个温度上限,即是宇宙大爆炸第一个普朗克时间的温度,称作普朗克温度TP=1.4168*10^32 K,即1.4亿亿亿亿度!
为什么高温没有上限,而低温却有一个绝对零度在限制?

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另外,如果用热力学熵来定义温度,甚至会出现负热力学温度的情况,这里并没有和经典热力学中的绝对零度相悖,只是对温度的定义不同而已!
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问题本身就是不严谨的,很多人确实容易出现带有这种主观色彩的错误 。
相信大多数人都知道,最低温度是绝对零度,在我们上学时都学过,绝对零度约等于零下273摄氏度 。
但很多人不知道的是,高温其实也是有上限的,这个上限就是普朗克温度,只不过普朗克温度实在太高了,达到1.41 x 10^32 K,我们很难想象的温度 。所以日常生活中,很多人会默认为最高温度是没有上限的 。
普朗克温度是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度,这就是温度的上限 。
普朗克时间的存在,意味着时间并不是连续的,存在着最小单位 。任何小于普朗克时间的单位都没有意义 。
同时,黑体辐射理论认为,任何物体都会向外辐射电磁波,电磁波长度与温度有关,温度越高,波长越短 。而空间长度并不是无限短的,有个下限:普朗克长度,任何小于普朗克长度的单位也是没有意义的,按照普朗克长度计算出的温度就是普朗克温度 。
而绝对零度只是一个理论山的最低值,是微观粒子完全静止时的温度,由于量子世界的不确定性,微观粒子是不可能完全静止的 。
在中国古代有一个对于“宇宙”的定义:上下四方曰宇,往古来今曰宙 。翻译过来就是宇宙的“宇”代表的是空间,宇宙的“宙”代表的是时间 。也就是说,宇宙是时间和空间的集合 。现代科学中对于宇宙的定义其实和古代中国学者的定义是很接近了,具体来说就是:宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体 。


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