为什么高温没有上限,而低温却有一个绝对零度在限制?

GodLovesme

这个问题本身是有问题的,因为高温并非没有限制,在现有的理论之下,最高温度为普朗克温度。这个温度是如何计算出来的呢?这得从黑体辐射理论讲起。黑体辐射理论认为,任何有温度的物体都会辐射电磁波,电磁波的波长与温度有关系,温度越高,波长越短。而空间长度是有下限的,被称为“普朗克长度”,经典量子力学以为比普朗克长度更短的长度没有意义。以此普朗克长度换算过去,得到的温度就是普朗克温度,数值为1.41 x 10^32 K。

最低温之所以有限制,是因为温度的本质表征的是原子、分子的振动强度,振动的越快,温度越高;振动的越慢,温度越低。而这种振动的快慢是有下限的,即完全不振动。若是一个物体内部的原子、分子全部静止不动,那么此刻它的温度就是最低的,称为“绝对零度”,即开尔文温标的0K,对应的摄氏度为零下273.15度。不过绝对零度只是一个理论极限值,无法达到。

说到这里,我想起了如今有一项很前沿的技术,叫做“激光制冷”。一般情况下,激光只能用于加热,因为电磁波将能量传递给物体,引起物体内能的增加。但由于温度与原子振动存在直接关系,激光也可以对原子施加一个反向的作用力,将原子分子的振动幅度大大减小,从而实现将其降温的目的。目前的低温极限大多是用这种方法实现的,已经非常接近绝对零度了。


看风景的蜗牛君

很高兴回答你的问题。

高温怎么没有上限呢?在现有的理论之下,最高温度为普朗克温度。任何有温度的物体都会辐射电磁波,这个好理解,我们每个人都是会向外发射电磁波的,电磁波的波长与温度有关系,温度越高,波长越短,所以,以我们每个人来说,胖子波长短、瘦子波长长;大人波长短、瘦子波长长;男子波长短、女孩儿波长长。

而根据经典量子力学看,最短波长是普朗克长度。对应的温度就是普朗克温度,数值为1.41 x 10^32 K。

最低温呢,我们是从微观的物理推算的。温度的本质呢,其实就是原子、分子的振动。振动越快,温度越高。可以理解为,我们动起来就会热,冬天冷了,抖一抖就好一些,哈哈哈。

如果物体内部的原子和分子完全静止不动了,那么此刻温度已经最低了,不能继续往下了,而且甚至都不能达到,只能无限接近。这也被科学家们运用到了科学研究之中,在高速运转的粒子中抓取甚至让粒子接近静止。

我们小时候看到圣斗士星矢里,冰河一个大招能打到几个绝对零度以下。。。?那纯属哈哈哈哈了。

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。


不哈韩的小韩

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。


地震博士

先来看看我们所能理解的温度变化吧。

-273.15℃ 绝对零度,是温度的极限。目前,我们可以制造距绝对零度只差三千万分之一度的低温,但仍不可能得到绝对零度。

-264°C 铌钛合金的超导临界温度,这个温度下呈现超导抗磁的特性。

-240℃ 冥王星的最低温度

-120℃ 月球表面温度最低值

-117℃ 酒精的凝固温度,所以酒精的温度计可以在极地使用,而水银温度计不可以。

-90℃ 地球最低温 、大气最低气温

-70℃ 北极最低气温

-50℃ 雪莲,世界上最不怕冷的花,即使-50℃,也鲜花盛开。

42℃ 人体温度极限

100℃ 开水

700℃ 烟头、蚊香的温度

1534℃ 高炉铁水

3410℃ 钨的熔点

熔点最高的物质是铪合金(Ta4HfC5),熔点高达4215℃

地心温度约为6000℃

太阳中心温度约为2000万℃。

5亿℃ 普林斯顿等离子物理实验室中的托卡马克核聚变反应堆利用氘和氚的等离子混合体于1994年5月27日创造出来的

4万亿℃ 美国能源部布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)用巨型粒子对撞机对撞金元素离子,制造出了“超级大爆炸”。制造出了有史以来实验室中的最高温度———4万亿摄氏度。

从-273.15℃到4000000000000℃,看似温度没有上限,这不过是我们的错觉罢了。其实温度同样是有上限的。根据黑体辐射理论,只要有温度就会辐射出特定的电磁波,其中的波长与温度直接相关,温度越高,波长也就越短。由量子理论可知波长的最短空间长度为“普朗克长度”,用这样的方法反推出最高的温度也就是普朗克温度,数值为1.41 x 10^32 K。

温度下限,大家已经很好理解了。温度是物质内部振动强度的表征,振动的越剧烈温度越高,而完全静止不运动便是温度的下限了。所以理论上算得如果物体中的原子、分子完全不动,便是零下273.15度。

如果觉得这些理论晦涩难懂,给大家来个通俗易懂的。

我们生活的宇宙是137亿年前,由一个极度致密炽热的奇点爆炸产生的。爆炸的原点温度便是1.41 x 10^32 K!这是宇宙曾经有过的最高的温度,如同一个炮竹,爆炸之后便开始膨胀,温度也开始下降。

所以,在我们可以观测的所有时空之中,都无法超越这个温度。那一刻,宇宙的所有能量聚于一点。


老爸的修行

1 : 好吧,谈谈个人的看法,关于温度的下限,科学上的名词称之为绝对零度,绝对零度的数值为-273.15℃,这个温度是热力学上的最低值,但绝对零度实际上只存在于理论上,宇宙当中没有任何一个地方的温度可以达到这个数值,只能无限的接近,那么为什么温度存在一个下限值,我是这么理解的。

2 : 首先关于物质的温度,一些书本上是这么说的,物质的温度取决于其内原子和分子以及其他粒子的动能,动能越大,温度越高,那么当粒子的动能低于量子力学的最低值的时候,物质的温度就是所谓的绝对零度,这里有一个非常关键的词,“动能”,什么是动能呢,我特地去查了一下,动能是由物体运动而产生的能量,物质的速度越大,动能也就越大。


3 : 那么关键来了,既然速度决定动能,动能决定温度,那么速度和温度之间肯定是密切相关的,在某些情况下,物质的速度越快,温度也就越高,那么速度有没有上限呢,有的同学肯定要说光速,我又去查了一下,书本上是这样解释的,光速是目前自然界物体运动的最大速度,也是信息进行传递的上限值,这里两个词很关键,一个是“目前”,一个是“信息”,但目前的理论是,宇宙膨胀以及量子纠缠的速度要远大于光速,所以光速并非速度的上限值。


4 : 就我个人的看法是,理论上速度的数值可以无限的大,所以既然速度是无限的,动能当然也不会存在一个最大值,那么当动能无限大的时候,温度也就无限的高,所以温度没有上限,那么反之,速度会无限的小吗?答案是不会,因为速度的最低值为零,也就是静止,静止也就意味着物质的动能趋于零,然后上面已经说的很清楚了,当粒子的动能低于量子力学的最低值的时候,绝对零度就出现了,那么由于速度不存在负数,不可能存在低于绝对零度的温度,所以,这就是我个人的看法,你们觉得呢……



种植恒星

看了下面本人的瞎想,就明白温度是啥玩意了,包括能量,质量,力,中子,黑洞等等。正宗民科,哈哈

统一场理论,老张独家编写,宇宙物质是“电场+磁场+方向”构成,如同立方体的长+宽+高,三种东西的不同组合与变化,形成万物,解释宇宙一切,包括能量,质量,力等

基础知识:物质由分子构成,分子由原子构成,原子由质子+中子+电子构成,质子+电子=中子,

1.中子由三个电子团构成,即所谓三种夸克,而这三种夸克其实就是电子团的三种属性的表现,分别是电场,磁场,方向,三者互相垂直。其中方向产生质量和力,而电场和磁场产生能量

电子就是由“电场+磁场+方向”三种特性构成

三种特性是物质的构成最小单位。特征为:

特征1.电场和磁场互相交变转化:转化频率快慢表示能量高低,频率快则能量大,频率慢则能量小,

特征2-如果电场和磁场转化频率太低,如为0.则转变成质量,体现为力极其大,极端表现就是黑洞,所以,黑洞内部没有电场和磁场,仅剩下无穷大的力,以致光速都被吸引逃脱不了。

黑洞内部电场和磁场消失,所以无法检测到。

黑洞内部电场和磁场消失,表示没有能量,所以黑洞温度为绝对温度,-273.12度

每个中子,其实就是最小的黑洞,内部没有温度,没有能量,只有质量或力。

特征3.电场和磁场转变频率无穷大,则方向为0.表现为中“中微子“!因为方向为0.表示质量和力为0.没有质量和力,所以很难检测到

解释温度和能量:温度其实是电子的活跃程度,对一个物体加热,比如对铁块加热,只是电子活跃了而已,电子混乱度加大,而电子内部的电场和磁场没有任何变化。原子核也没有任何变化。

同理,中子星,中子活跃度极大,表现为超高的温度,中子星旋转速度越快,则磁性越强,

‌解释电磁波,电磁波是具备能量而没有质量的东西,本身由电场和磁场交变构成,但电磁波的产生却是力的转换形成的,如太阳发光(电磁波),光具有了能量,而这能量是太阳减少质量形成的,质量=力

解释夸克:无数个电子凝聚在一起,形成电子团,就是一个夸克,一共三种,本别是偏向磁场性能的夸克,偏向电场的夸克,偏向”力“的夸克,尤其是偏向“力”的夸克最难检测到。

解释爱因斯坦的质能关系E=MC^2. 其实和经典动能公式E=1/2MV^2是一样的,差别就是系数1/2,为什么呢?原因是电子以光速运动,其次是中子里面的电子被打出来并破裂了,电子里面的电场和磁场被释放出来了,而“力”却消失了,即质量消失了。这也符合前面说的中子就是最小黑洞的说法,也符合黑洞里电场和磁场转变频率为0的说法,即质量完全变为能量,所以没有了系数1/2

以上理论为老张在北京做地铁时脑洞大开时想到的,时间是2017年4月29日。地点,六里桥

创建于2017.4.30

老张说甲醇汽车

你说的定义的对不对?确实很对,完全对。。。然而什么卵用都没有,因为还是没有说温度是什么。不过就具备一定理科教育背景的人而言,以下的知识肯定是具备的:温度的单位分为摄氏度和开尔文(我知道还有华氏度。。。),摄氏度是将水在一个标准大气压下的熔点和沸点分别定义为0摄氏度和100摄氏度,并把这两个温度之间的温差100等分,每份成为1摄氏度;而开尔文就是摄氏温度加上个273.16。可能会有人说这不就把温度定义下来了吗?其实不然。这种定义首先不讨论其“100等分”是如何做到的,关键的问题在于这根本就不是定义的温度啊!这个东西在物理学上称作温标而不是温度,因为说到底,这是定义了一种给予温度量化/单位化的方法,但是还是没提温度是什么东西啊!!如果对物理了解再深一点,可能会知道“温度是分子平均动能的标志”。到这个地步,就可以说把温度定义下来了。对于单原子理想气体,平衡态时有如下的关系:

Ek是分子的平均动能,kB是Boltzmann常数,T就是平衡态下体系的温度。理想气体分子是经典粒子,它的平均动能可以算出来,这样的话T就完完全全可以计算了。与此等价的引入方式是通过理想气体的查理定律和盖吕萨克定律引入,这样引入的温度的温标被成为理想气体温标。ps: 我知道,严谨地说我上面这段话从物理角度来看漏洞百出,但有些细节不想深究望不吐槽

好了,前菜过了。上面所有关于温度的讨论,且不说没有揭示本质,连“唯象”都没有做到。如果想要十分严谨地理解温度这个概念,必须引入热力学第零定律:
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡,则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第一定律:不同形式的能量在传递与转换过程中守恒。热力学第二定律:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响
不做过多解释,默认大家都明白这两条定律什么意思。热力学第一定律的定量表述是这样的形式:系统的吸热和外界对系统做的功之和等于系统内能的变化量。通过热力学第二定律,我们可以看到宏观现象的不可逆性。换句话说,宏观现象总是没有时间反演不变性。根据热二律可以证明,一定可以引入一个态函数,在孤立系中这个函数不减,并且在不可逆过程中增加(具体证明可以自行搜索)。我们称这个态函数叫做——熵。同时,我们发现了这样一个惊人的事实,那就是对于可逆过程,采用理想气体温标定义的温度和熵函数的变化量的乘积正好等于系统的吸热!而对于不可逆过程,温度和熵函数的变化量的乘积一定大于系统的吸热!定量表述是: 对于可逆过程 对于不可逆过程 之前声明过,温度这个函数只用来描述平衡态,若平衡态之间都用准静态过程来连接,我们必然可以得到这个微分方程:最后一项表示的是所有广义力所做的元功的和。终于到了这里,从这个公式里面我们可以得到这样的信息:当没有任何功参与时,温度表征的就是内能变化和熵函数变化的比例关系在所有的yl保持不变的时候,系统内能对对熵函数的微商。终于!!我们得到了一个只与系统有关的!!不依赖任何测温物质的!!完完全全定量给出的!!温度的表达式!!!而且由于熵函数的取法不是唯一的,所以取不同的熵函数,我们就可以得到完全不同的温度的表达式!!是不是听起来炫爆了。。。事实确实如此,而且这些温度都是合理的,可以参与运算的。当然,不见得能够很好的符合“表示物体冷热程度”的定义就是了。。。魂淡这并不重要到这里,我们就可以回答关于负绝对温度的问题了。首先,为了使这里的温度成为绝对温度,我们应该把熵取成和理想气体温标配套的熵(就是最正常的熵的表达式,或者说Boltzmann熵)。然后!只要存在这样一个系统,当它的内能增加时,熵却减小了(无功)!那这个系统的绝对温度就是负的。这样的系统是否存在?很遗憾的说,在我们生活中,这样的系统完全不存在。绝绝绝绝大多数情况,内能增加,熵必增(无功,后略)。但是还是有一些特例,这些特例的系统必须满足这个条件:系统的能量有上限。当然只满足这一个条件是远远不够的,只是其他的条件细节太多,没法展开。假如我们手里就有这样一个系统,它的能量是有上限的。那么随着温度上升的过程中,能量增大,由于温度是正的,所以上也会增大。由于系统的能量是有限的,假如我们可以把正好系统能量上限的能量输入系统(这一步的可行性需要其他条件的支持),那么系统的熵在能量达到上限的时候将达到极大值。由于熵处于极大,此时内能发生微变时,熵的微变为0,作比之后可以得到又由于温度是不断增大的,可知这个无穷是正无穷。那么当我们继续增大系统的能量,使其超过系统能量的上限,会发生什么?前面已经说到,能量达到上限时熵极大,则能量继续增大时,熵必然减小!再把它们的变化量作比,就发现得到了负的结果!!没错,这就是负绝对温度,它存在与内能增加但熵减的系统当中。并且可以看到,最开始的时候,T是接近负无穷的,随着系统的能量越来越大,T的绝对值不断减小。所以我们可以很清楚的意识到,负绝对温度并不是比0K更低的低温,而是比更高的高温!在强调一次,负绝对温度是比任何正温度都要“高”的温度!!这也解释了为什么要求系统的能量有上限,否则根本没有足够的能量输入系统使得其温度突破正无穷达到负温区!那么身处在负绝对温度下会是怎样的感受呢?很遗憾,这不可能。前面只说了“系统的能量有上限”这一个要求,实际上要求还有很多,这些要求限制了负绝对不可能成为稳定的状态。由于 不稳定,所以负绝对温度下的平衡只能是局部的和短暂的(为什么强调平衡?前面说过了,没有平衡谈不上温度)。综上!这就是我想科普的全部内容啦!至于热力学第三定律,我想说这并不矛盾。因为热力学第三定律只是说了绝对零度不可达。。。。我也没达绝对零度啊!而且我也不是跨过0K去的负温区啊,我明明是从正无穷过去了,完全和热力学第三定律没有任何矛盾!

脱缰的小野驴

回答这个问题要知道两点:

物体内部分子的平均动能的外部表征就是温度,动能可以为0,所以有绝对零度。但是动能没有上限,所以温度没有上限。

绝对零度 绝对零度表示那样一种温度,在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动。

所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动.还包括某些形式的电子运动,然而它并不包括量子力学概念中的“零点运动”。除非瓦解运动粒子的集聚系统,否则就不能停止这种运动。从这一定义的性质来看,绝对零度是不可能在任何实验中达到的,但已达到绝对零度以上百万分之一度内的低温。所有这些在物质内部发生的分子和原子运动统称为“热运动”,这些运动是肉眼看不见的,但是我们会看到,它们决定了物质的大部分与温度有关的性质。 正如一条直线仅由两点连成的一样,一种温标是由两个固定的且可重复的温度来定义的。最初,在一标准大气压(760毫米水银柱,或760托)时,摄氏温标是定冰之熔点为0℃和水之沸点为100℃,绝对温标是定绝对零度为oK和冰之熔点为273K,这样,就等于有三个固定点而导致温度的不一致,因为科学家希望这两种温标的度数大小朝等,所以,每当进行关于这三点的相互关系的准确实验时,总是将其中一点的数值改变达百分之一度。 现在,除了绝对零度外,仅有一固定点获得国际承认,那就是水的“三相点”。1948年确定为273.16K,即绝对零度以上273.16度。当蒸气压等于一大气压时,水的正常冰点略低,为273.15K(=o℃=320°F),水的正常沸点为373.15K(=100℃=212°F)。这些以摄氏温标表示的固定点和其他一些次要的测温参考点(即所谓的国际实用温标)的实际值,以及在实验室中为准确地获得这些值的度量方法,均由国际权度委员会定期公布


明仔说电影

首先是高温有上限。宇宙大爆炸是一个膨胀伴随冷却的过程,所以很简单的倒推回去,在大爆炸发生的那一刻无疑是宇宙的最高温度。绝对至高温度也叫做普朗克温度,数值是1.4*10^32K。

然后是绝对零度。温度在物理意义上来说表示分子动能。绝对零度意味着分子动能为零,即绝对静止。如果这种情况被允许,那能量守恒定律将被打破,会有一处空间没有任何能量和热量,这当然不可能。所以热三定律说,绝对零度只能趋近不可达到。


老老的月光

万物皆有其限。无穷,无限只是一种数学形式,有条件地视为无。比如,物理上的距离无穷远就是大于给定距离的10倍100倍以上,认为其影响力忽略不计。而量子理论告诉我们,能量是和振动频率正比的 hv,是不连续的。最低温就是绝对静止下0K(-273摄氏度),看起来很简单却永远也达不到,(几k的超导低温极限难有寸进)因为动能 内能都是0,时空统一体的不存在又怎么会被你感知?(感知至少是发个电磁波 或暗物质那样的引力波吧?)。高温极限是10^32K,也是达不到的,为什么呢?因为是波长理论下限值(或频率v理论上限值了,联系普朗克公式e=hv),那么这个极限温度就是全宇宙的一切存在都转化为内能所达到的温度。。。(想想你自己都裂变 聚变 再湮灭为能量了,你还感受得到特么什么至高温度么?)。。。另外,跟大爆炸假说联系起来的就是一切湮灭成内能,物理规律都失效的那个神奇存在就是大爆炸所谓的“奇点”,假说者认为奇点就是绝对高温 10^32K. 这跟上面反演一切宇宙存在湮灭为能量的至高温度一致的(甚至暗合 能量守恒)。然而,大爆炸理论终极产物“奇点”是让人既爱又恨的。爱是一切物理的数学的反演都一致性地指向它,不得不让人侧目和深思。恨的是这个“奇点”是不符合既有的一切物理规律。。。大爆炸假设在奇点上也走到终结,类试于黑体辐射和光速不变的经验,人们意识到,即便大爆炸大厦都是对的,从奇点开始就“不灵光”了。要么全是错的,要么到预言最重要的“奇点”就say goodbye 了。从来没有这么奇怪的理论,一方面,许多的预言 如宇宙膨胀因子在一个个被天文望远镜和巡天设备所证实。另一方面,从诞生之初,就指向了“奇点”这个预言不了的玩意儿。你自己理论创造的东西,自己都预测控制不了。等于自己把自己埋葬了。。。有点绕,反正是成也萧何败也萧何。因为奇点,大爆炸理论形成完美的体系,也因为这个奇点 不可预测,没有规律,整个理论都处于被颠覆的尴尬位置。。。



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