在没有微观粒子的情况下 , 太空自然缺乏承载能量的“存在” , 因此太空中几乎不含任何能量 , 这使得太空拥有这么低的温度 。
当然 , 太空也不是绝对的真空 , 在太空内拥有各种的辐射、电磁波等现象 , 这些“存在”也是能承载一定的能量的 , 因此宇宙才不会达到绝对零度 。
当然 , 因为很缺乏承载能量的东西 , 所以太空即使拥有如此低的温度 , 一个暴露在太空环境下的人也很难感受到冷 。
因为没有微观粒子 , 微观粒子间的能量就不可能得到传递 , 因此很多科幻作品中有生物在暴露在太空环境后全身迅速结冰是很严重的错误 。
基于温度和微观粒子间的关系 , 我们制作了水银温度计 。 当水银温度计被置身于比较热的环境中 , 水银温度计里面组成水银的微观粒子就会加快运动 , 使得各个微观粒子之间的间隔增加 , 从而使得水银的体积膨胀 。
只要我们知道温度每升高一度水银会膨胀多少体积 , 那么我们就能通过水银膨胀的体积来计算温度 。
不过这种温度计算显然是有限制的 , 因为装载水银的外壳无法承受过量的膨胀 , 因此当温度高到一定程度后 , 水银温度计便会爆炸 , 而这个温度一般不会超过150度 。
可见当一个物体的温度过高时 , 一般的物体在靠近它时就会出现非常巨大的变化 , 而这种巨大的变化对于非常精密的人造物品来说就意味着损坏 。 因此科学家对于上亿度高温的测量非常的返璞归真 , 接近了温度的本质 。
因为这些科学家测量这种程度的高温 , 并非去观察温度在宏观世界的表现 , 而是去观察温度在微观世界的表现 。
如何测上亿度高温?当然 , 科学家们去测量上亿度的高温也不可能拿着一个扫描隧道显微镜去直接观察微观粒子的运动 , 然后通过微观粒子的运动速度去计算出这个物体的温度 。
毕竟如此高的温度很少有人造用具能够靠近 , 因此科学家们测量上亿度的高温 , 靠的是微观粒子在微观世界带起的影响 。
这就好比一辆汽车 , 当它慢速行驶时和快速行驶时 , 带起的风的大小也是不一样的 。 所以当一个微观粒子运动速度的快慢必然在微观世界带来不同的影响 。
目前测量上亿度高温的方法有很多 , 而且随着人类在微观世界的认知加深和科技的进步 , 测量上亿度高温的方法每隔一段时间就会多那么几种出来 。
不过因为测量成本以及技术成熟度等等关系 , 目前比较主流的测量上亿度高温的方法有两种 , 一种是利用微观粒子在磁场中移动带起的影响 , 一种是多普勒效应 。
利用电磁场测量温度微观粒子在磁场中带起的影响首先要解释电磁波 。 当一个带电粒子(通常为电子)位于磁场中时 , 它便会受到一种力量的影响 , 这种力量被称为洛仑磁力 。 这种力量会使带电粒子吸收能量 , 从而运动得越来越快 。
不过这种运动并非是无规律的运动 , 因为一个物体运动的方向一定是力施加的方向 , 而施加给带电粒子力量的洛伦磁力基本完美覆盖在磁场中 。
磁场的形状通常是一个圆 , 因此带电粒子在洛伦磁力的影响下基本是围绕着一个圆在运动(多个带电粒子一起表现为螺旋运动) 。
一个带电粒子在运动的过程中 , 是蕴含着能量的 , 而能量是会传递的 。 因此这种能量的传递就形成了磁场的波动 , 这种波动就是我们熟悉的电磁波 。
当带电粒子运动的越快 , 它带给磁场的波动就越大 , 故而电磁波这种波动的频率就越高 。
因此只要我们提前知道多快的电磁波频率是由运动得多快的带电粒子带来的 , 就能通过对电磁波频率的测算得知磁场内的带电粒子运动得有多快 , 从而通过带电微观粒子的运动速度算出磁场内的温度 。
利用开普勒效应测量温度所谓的多普勒效应指的是当一个不断散发波动的物体和另一个物体的距离产生了变化时 , 他们之间的波动频率会因为两个物体之间的距离变化而产生变化 。
假设我们在一个湖泊中心丢一个石子 , 不管这个湖泊是像太平洋那么大还是像一个鱼缸一样小 , 石子带起的涟漪始终只会在10秒内有五次波动到达湖泊的边缘 。
那么当这个湖泊像太平洋那么大时 , 这5次涟漪会非常慢 。 但当这个湖泊像鱼缸一样小时 , 这五次涟漪就会走得非常快了 。 而这种涟漪的速度放在“波”这种现象上 , 就被变成波的频率 。
在得知了多普勒效应这个概念后 , 我们就需要引入另一个概念 , 即光的波粒二象性 。 即光即是一个由微观粒子组成的物体 , 又是一种像电磁波一样的波 。 因为光具备波的特性 , 因此光也是受到多普勒效应影响的 。
推荐阅读
- 青州|1881年,英国人笔下的青州古城、市场、满城
- 如果你在担心“遗传”,这篇一定要看看
- 日本国歌只有28个字,翻译成汉字后,才发现他们的野心挺大的
- 夏日萤火|江小绿《夏日萤火》:我不喜欢夏天,直到在那个夏天遇见你