溫度的意義

溫度究竟是什么?現代物理學家認為“溫度是物質熱運動的一個物理量”，即溫度是依物質而存在的，離開了物質就無所謂溫度了。在科學上，溫度其實是物質里含有能量多少的一種度量。

自然界的低溫極限

科學家經過多年研究，已經有了明確的結論：自然界有一個最低的溫度，稱為“絕對零度”。物體溫度不能“冷”到低于這一極限值，因為在這個溫度下，所有物質的分子都停止運動，粘連在一起。絕對零度在國際單位制中記為“OK”，也稱為熱力學零度。“K”為溫度的單位，是為紀念英國物理學家拉格斯男爵開爾文而命名的。OK相當于－273.15℃。

人們是怎么發現這個“絕對零度”的?16世紀末葉，法國物理學家阿蒙通發現：在水的沸點以下，溫度與氣體壓力成正比。他認為壓力下降應有個限度，因而溫度的下降也就有個限度，那時他推算出溫度下降的限度是－246℃。科學家還發現，氣體的體積與壓力和溫度都有關系：不論是加大壓力，還是降低溫度，氣體的體積都會縮小。1787年，法國物理學家查理將此寫成一個定律：一定質量的氣體，壓力不變，溫度每降低1℃，氣體體積的縮小為其在0℃時體積的1／273。照此推算下去就得到了一個結果：最低溫度-273.15℃。按照這個說法，溫度降到－273.15℃時，氣體的體積豈不是要變成零了?這似乎不可能。又過了幾十年，科學家換了一種說法，說氣體的溫度是分子運動的結果，分子相互碰撞才產生溫度。物體有溫度，是因為分子、原子在運動，運動得越快，溫度越高；反之，分子、原子的運動越減弱，溫度就越低，越冷越不動，最后達到－273.15℃的時候，分子就完全停止運動了。于是，這個溫度就是自然界溫度的下限。

實驗室制造出的最低溫度

雖然無法比絕對零度更寒冷，不過世界各地的科學家依然你追我趕，看誰能制造出更接近絕對零度的溫度環境。

2003年，由德、美、奧地利等國科學家組成的一個科學小組改寫了人類所達到的最低溫度記錄：他們在實驗室中達到了僅比絕對零度高0.5納開爾文(1納開爾文等于10億分之1開爾文)的溫度，而此前的記錄是比絕對零度高3納開爾文。這是人類歷史上首次達到絕對零度以上1納開爾文以內的極端低溫!

這樣的低溫是如何達到的呢?冷卻其實就是從一個物體取出能量，然后將能量排放到其他地方的過程。如果能做到不斷地從物體中奪取能量然后排放掉，物體的溫度就會越來越低。要得到超低溫度，首先要把物體進行激光冷卻。用特定的激光照射被冷卻的原子，射入的激光先被吸收，然后會在不同的方向重新射出。掌握好這項技術，就能做到散射的能量較吸收能量稍高。由于總能量守恒，能量的差額取自原子的運動，原子因而被減速，換句話說，原子的溫度降低了。

超低溫現象

當環境溫度在接近絕對零度的時候，許多物質都會呈現出與平時截然不同的奇妙現象，這就是超低溫現象。

當溫度達到零下190多攝氏度時，空氣會變成淺藍色的液體。鮮花放進液態空氣中浸一下，就會變得玻璃一樣脆，一擺動就叮當直響。雞蛋、石蠟等在液態空氣中會發光。

金屬在超低溫下也會變得面目全非：水銀(汞)在常溫下是銀色的液體，但是一旦把它放進超低溫下，立即就會凍成“大頭針”：鉛在常溫下是軟綿綿的，超低溫下卻變得富有彈性；鉛制作的鈴鐺在常溫下搖起來像悶葫蘆，用液態空氣浸泡過后，搖起來卻發出銀鈴般的清脆響聲；錫和鉛恰恰相反，好端端的錫壺在超低溫下會變成煤灰似的一團粉末。例外的是銅，它在常溫和超低溫下均能保持很好的韌性和強度，所以許多超低溫設備常用銅制作。

自1911年以來，科學家發現許多金屬在超低溫下會呈現“超導現象”，即金屬失去電阻!目前世界上的電能大約有四分之一損耗在輸電電路上，一旦制作成沒有電阻的導線并成功大范圍投入使用，那就意味著全世界發電量增加了四分之一!

超低溫下還存在超流現象。超流體是超低溫下具有奇特性質的理想流體，即流體內部完全沒有粘滯。超流體所需溫度比超導還低。氦有兩種同位素，即由2個質子和2個中子組成的氦－4和由2個質子和1個中子組成的氦－3。液態氦－4在冷卻到2K以下時，開始出現超流體特征。

超低溫現象還有許多廣泛的運用與誘人的發展前景，相信不久的將來科學家會利用超低溫現象為人類造福。

最高溫度極限是多少?

那么溫度既然存在最低溫極限，是否也存在“最高溫度極限”呢?現代物理學還無法回答這個問題。但是，也有科學家提出自己的觀點，如中國著名物理學家葉建敏提出的“粒子壽命公式”。他認為存在“絕對至高溫度”，這個溫度就是所有“粒子頃刻衰變的臨界溫度”中的一個最高的溫度，這也是“宇宙大爆炸”發生時的溫度上限。

根據“大爆炸”理論，宇宙大爆炸那一刻，溫度達到無窮大；宇宙大爆炸后10^-43秒，溫度達到10³²K，約為1億億億億攝氏度；宇宙大爆炸后10^-35秒，宇宙溫度繼續下降，當時的溫度達到10²⁸K，約為10000億億億攝氏度；宇宙大爆炸后10^-32秒，溫度約為1億億億攝氏度；宇宙大爆炸10^-12秒后，溫度達到1億億攝氏度；宇宙大爆炸后10^-6秒，溫度達到10000億攝氏度；宇宙大爆炸后10^-4秒，溫度達到1000億攝氏度，這也是超新星爆發時其星核的溫度；宇宙大爆炸后1秒，溫度降低到約為100億攝氏度；在大爆炸后的大約3秒，溫度降到了10億攝氏度，這也是最熱的恒星內部的溫度。現在人類在實驗室內創造的最高溫度是35億攝氏度。

責任編輯 蒲 暉

人體耐寒與耐熱的極限

水溫在0℃時人可以忍受15分鐘，5℃時人可以忍受1小時，10℃時能呆3小時，25℃時能呆一晝夜。就耐高溫來講，曾經有過實驗，在相當干燥的空氣中，健康人能在50℃的高溫中呆上兩個小時，在70℃的高溫中能呆上15分鐘，在100℃的高溫中呆上1分鐘。但如果在45℃的濕空氣中呆上1小時，就會發生中暑昏迷。所以，可以確定的是，人體耐高溫極限是受濕度影響的。當氣溫和濕度達到某一界限時，人體的熱量散不出去，體溫就要升高，超過人的忍耐極限，便會造成死亡。