<p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> </span><span style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">《思考》4</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;"> 什么是温度</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> </span><span style="font-size:20px; color:rgb(237, 35, 8);"> 作者: 笑口常开</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;"> 2022.1.12</span></p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"> 音乐条</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"> （家用温度计）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【什么是温度】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度是现代物理学的一个基本物理量，它表示物体冷热程度。温度是分子热运动的集体表现，含有统计意义。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【温度的单位】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">由于历史原因，温度的单位有多种，即: </span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">常用温度单位摄氏度（°C）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度国际单位华氏度（°F）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">开尔文（K）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">兰氏度（°R）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">列氏度（°Re）</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">这么多，一般人看了发懵，不过我们不用知道那么多，知道常用的就行。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">以上照片中温度单位是摄氏度和华氏度两种。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block"> 【体温计】</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【摄氏度的定义】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">在1标准大气压下，冰水混合物的温度，这是冰和水的交界点，规定为0度。水的沸点定为100度，其间分成100等分，1等分为1度。单位符号℃。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">这是个最常用的单位，我国使用的是摄氏度，所以我们一般说的多少度都是这个单位，摄氏度。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"><span class="ql-cursor"></span></span></p> <p class="ql-block"> （电笔式电子温度计）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【华氏度的定义】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">在发明玻璃水银温度计时，选取氯化铵和冰水的混合物的冰点温度为温度计的0度，人体温度为温度计的100度。在标准大气压下，冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉，中间有180等分，每等分为华氏1度，记作“1℉”。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">摄氏温标（°C）和华氏温标（°F）之间的换算关系为：</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">F=C×1.8+32</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">C=(F-32)÷1.8</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">美国的日常生活中，多采用这种温度单位。所以我国生产的水银温度计，都标有℃和℉。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"><span class="ql-cursor"></span></span></p> <p class="ql-block"> （工厂用温度计）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【开尔文温度的定义】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">开尔文温度，也称绝对温度。它主要用于热力学科学研究，日常生活中不太用。单位K。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">每变化1K相当于变化1℃，计算起点不同。摄氏度以冰水混合物的温度为起点，而开尔文是以绝对零度作为计算起点，即-273.15℃=0K。水的三相点温度为0.0076℃，也可以说开尔文是将水三相点的温度定义为273.16K后所得到的温度。1开尔文被定义为“对应玻尔兹曼常数为1.380649×10^-23J·K^-1的热力学温度”。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">开尔文温度与摄氏度的换算:</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">开氏度 = 摄氏度+273.15</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">复杂的不说了，只要记住这个概念，知道绝对温度的0K是-273.15℃就行了，文章后面要用到。</span></p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【温度的本质】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度的本质就是物体内分子的运动，也称为布朗运动，当分子运动剧烈的时候，温度就会上升，当分子运动速度越慢，温度就越低。所以，理论真空状态下没有任何物质，没有分子，讨论温度的概念是没有意义的。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">这是个分子层面问题。一般的教科书只说到这里，物理老师也只解释到这，似乎很容易理解，但遇到了爱钻研的学生要继续往下问，老师就头大了。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block"> （物质内部分子的布朗运动）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【热力学视觉里的温度】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度的概念看起来很简单，在日常生活和环境中，生产、计算、科研，使用摄氏度华氏度就足够用了，但作为热力学专业研究，就不那么简单了。热力学这样描述: </span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">分子、原子等离子热运动的表征。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">动能+势能，离子不可能不运动，所以自然界不可能存在绝对0度，只能接近于它。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">请注意: 这里提到了动能和势能，暂且记住，后面的段落外讨论。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【微观意义上温度】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">物质的温度越高，物质中电磁波的蕴含量就越多。所以物质中温度的含量多少，基本上可以用物质中含有电磁波的多少来进行衡量，即使是动能及摩擦可以产生热，但产生的热以后，还是可以通过辐射的方式来降低温度，也就是通过向外辐射电磁波的方式来降低温度。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">对一个分子来说，温度的本质是物体内部分子运动剧烈程度的标志，温度愈高，表示物体内部分子热运动越剧烈。这里的分子运动包含了电子在电子层能级中的跃迁，原子核的自旋、振动。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">这一下就复杂了吧？不是我们中学物理课里讲的那么简单了吧？看好！不是简单的分子的布朗运动，牵扯了到辐射，原子，电子跃迁等概念。</span></p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【绝对0度的概念】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">物质的温度有一个最低点，也就是说一个分子不断地对外放出电磁波即光子，分子中电子的运动越来越向低能级位置转移，原子核中原子核的自旋、振动越来越缓慢。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 最终得有一个最低点，即到了绝对零度的时候，也就意味着，分子中电子的运动己经到了最低的能级，不能再向更低的能级跃迁，不能再向外辐射电磁波即光子了。原子核中原子核的自旋、振动越来越缓慢，最终也到了最低点，或者己经没有了原子核的振动和自旋了，不能再通过原子核减缓原子核自身的振动和自旋来向外释放出电磁波即光子了。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 此时温度己到了最低点，这就是绝对零度0K。即: 零下273。15 oC。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">温度此时在最低值以下便失去意义了。但物质的存在状态还存在，这也就是说物质的此时还有低于绝对零度时的存在状态，虽然此时温度己经失去意义。 根据统一场理论的推导和计算可以得知，当物质在绝对零度以下的存在状态时，此时物质在理论上计算是，物质将对外释放出巨大的能量即释放出电磁波x射线，电子将全部回落到原子核上，与原子核中的质子结合，形成中子，物质的体积成上百万倍的缩小。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block">（J0030+0451的中子星位于1100光年之外的双鱼座，质量大约是太阳的1.3倍，但直径却只有26公里）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【最冷之地】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">智利天文学家发现了宇宙最冷之地，这个宇宙最冷之地就叫做“回力棒星云”，那里的温度为零下272摄氏度，是目前所知自然界中最寒冷的地方，称为“宇宙冰盒子”。事实上，布莫让星云的温度仅比绝对零度(零下273.15℃)高将近1度。这个“热度”（因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上）是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度，事实上，这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block">（回力棒星云，半人马座的方向上，距离地球5,000光年）</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【温度有上限吗】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">这要从电子和原子核两个方面来进行讨论。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 电子从低能级跃迁到高能级，随着温度的不断提升，电子吸收能量的不断增大，电子最终摆脱了原子核的束缚成为自由电子。尤离的电子还能继续收能量，由于不断获得能量，速度不断加快。因此电子在摆脱了原子核的束缚成为自由电子以后，随着温度的不断提升，电子在自由状态下运行的速度不断加快。 原子核也同样，随着温度的不断提升，原子核外的电子一个接一个地脱离了原子核的束缚成为自由电子，最后，原子核成了孤家寡人，原子核成为带电粒子，原子核的自旋和振动不断加大，所携带的电磁波能量也越高，同时其运动速度也越来越快。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 当温度高到一定的程度后，原子核分裂成中子，质子，中子，质子随着温度的不断提升，再次分裂成基本粒子。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 最终，温度达到了宇宙大爆炸之时的温度的时候，这也是一个临界温度，这时所有的粒子全部分解成一对对正负电子，即分解成一个个正电子和一个个负电子，正电子和负电子在一定的能量下发生碰撞成为一对γ光子。这个温度上限是多少，目前科学技术没有这样的试验条件，不得而知。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 至此，温度的使命再一次结束，温度己经失去意义。因为光子是没有温度，我们都知道激光所发出的光的强度是很强的，但没有激光的温度有多高的定义，而只有激光照射到物质上以后才有温度的意义。温度离开了分子原子就失去了存在的意义。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 所以温度有低于绝对零度时的存在，同时，温度也有一个最高点，而不是温度可以随意地无穷高。 </span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"><span class="ql-cursor"></span></span></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【温度概念留下的几个问题】</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">1、假设在绝对0度或者绝对0度以下时，物质的分子原子都消失，变成了中子，那么按照我们现在的温度概念，宇宙中的中子星就没有温度吗？显然不是，这就是个矛盾！</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">2、中子星的形成总不是天体温度降低形成的吧？用上述过程描述中子星形成不就是个笑话！</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">3、前面说过，绝对0度是个理想值，不可能达到，温度上限也不知道，从人类科学技术没有能力达到，这个似乎可以理解。但，和其它很多问题一样，人类真的不能认识宇宙吗？</span></p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"> ——未完待续</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 疫情期间，宅在家里，胡思乱想，其实我也是雾里看花</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block"><span style="font-size:20px;">【注】:</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"> 为了使本文便于阅读，避开了牛顿经典力学、爱因斯坦相对论、量子力学等理论和复杂公式，用通俗易懂简明扼要的语言，定性的粗线条叙述了作者的观点，不知说清楚了没有？希望大家能看懂，也欢迎有共同爱好者参与讨论。</span></p><p class="ql-block"><span style="font-size:20px;"></span></p> <p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">感谢各位观众！</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">作者: 笑口常开</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">2022.1.12</span></p><p class="ql-block"><span style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">于西安</span></p>