为什么宇宙温度比较低(为什么宇宙最低温度是-273.15K)

温度如何定义:

我们生活中常用的温度是摄氏温度,符号是℃。其实,除了摄氏度,还存在华氏温度,符号℉;以及开氏温度,符号K。华氏度目前仍在美国的日常生活中使用的较为常见,如天气预报,厨房烤箱,冰箱等。而开氏温度,属于国际温标单位,是全世界通用的。

为什么宇宙温度比较低(为什么宇宙最低温度是-273.15K)(1)

其实,温度只是冷热的衡量程度,如果非要用具体的温度数据,首先得定义一个基准。就像我们定义一天24小时,0点是半夜。这样,有了一个参考,才能把其它事物经过的时间计算出来。当然了,之前的人也可以把时间定义为一天48小时或者其它,只是这样,你就会和全世界的通用时间不一样了。其实,给各种物理学量纲定义,是有专门的国际机构的,他们就是负责定义这些,让后全世界推广,最终世界范围内都采用。

而温度的定义也是如此,例如摄氏度具体数值定义:指在1标准大气压下,纯净的冰水混合物的温度为0度,水的沸点为100度。这样,有了两个温度点参照,就可以得出所有物质的温度。如果只定义0度或100度,就不能得出其它温度。所以,温度必须定义两个标准温度点。华氏度则定义为在标准大气压下,冰的熔点为32°F,水的沸点为212°F,中间有180等份,每等份为华氏1度。所以,不同的温度标准,定义相同事物温度时,数值是不一样的。

绝对零度的由来:

绝对零度,是开氏温度的定义。在出现如上两种温度后,科学家们觉得这两种温度的定义不够精确,干扰较大,必须要在标准大气压下定义,试用范围不广。如果有外星人,它们星球的大气压和我们不一样,温度定义肯定不一样了,而且人家是否知道水是什么东西还不一定,更别提用这个水定义温度了。

为什么宇宙温度比较低(为什么宇宙最低温度是-273.15K)(2)

所以,应该定义一个放到宇宙都可以普遍使用的温标。于是,科学家门想到了一种条件:即如果物质内部粒子的动能和势能都为0的情况下,定义为0K,这样,放到那里都是对的。而且,这样似乎也更符合温度是0的标准。于是,说干就干,绝对零度就被定义了出来,并且换算成摄氏度就是-273.15℃。

273.15摄氏度是如何来的呢

之前采用开氏温度是发现:一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低)1℃ 增加(或减少)的压强值等于它在0℃时压强的1/273.15,即:

p=p0(1 t/273.15) =P0(t 273.15)/273.15

其中p0是0℃时气体的压强。

如果把t 273.15写成T,则式子更为简单。且如果温度降低到-273.15摄氏度,根据式子就没有了压强。其实就是就在绝对零度的情况。于是,就有了开氏温度和摄氏温度的换算公式:T = t 273.15。

所以,在绝对零度的时候,因为物质已经没有了内能,停止了一切运动,故而没有比绝对零度更低的温度了。但是物质内粒子的动能上限和势能上线(黑洞),却是可以无限大的。故而温度最低只能达到-273.15℃,最高却基本不封顶。

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