所谓的“寒冷”指的是物体的温度很低。现代物理学告诉我们,一个物体的温度高低,是取决于这个物体内部微观粒子的热运动,具体的讲就是热运动越剧烈,这个物体的温度就越高,而同样的,当一个物体内的微观粒子全部停止了热运动,它的温度就达到了最低,即绝对零度(零下273.15摄氏度)。
举例说明,我们把手伸进处于室温的水的时候,这时水分子的热运动比较缓慢,我们的手也不会受伤。但如果将水加热到沸腾,那么水分子就会变得非常的狂暴,这时如果我们再把手伸进去,高速运动的水分子就会狠狠地撞在我们的手上,并释放出其自身的能量,于是我们的手就被高温烫伤了。
我们可以看到,所谓的温度其实是物质的一个属性,如果空间内没有物质,那么我们谈论温度也就没有了意义。换句话来讲,就是宇宙空间的温度,其实指的就是宇宙空间内的物质的温度。
相关数据显示,宇宙的平均密度约为 每立方厘米 (10^-29) 克,也就是说宇宙空间中,平均每立方米仅仅只有几个氢原子。注意这个平均密度是算上了恒星、行星以及其他宇宙中所有天体所得出的结果。
一个物体的温度要得到提高,就必须使其内部微观粒子加速运动,这需要有外部能量的输入,在宇宙中,绝大部分的能量来自于恒星的辐射。
而事实上,虽然宇宙中的恒星数量庞大,但是它们都是零星地分布在广阔的空间里的,彼此之间距离非常的遥远。如果将太阳的能量比作一支蜡烛的能量,那么按比例来讲,另一支蜡烛的位置至少都在1000公里之外!
如此稀少的物质密度,再加上如此微弱的能量输出,其结果就是显而易见的了。
因此,现在我们所处的宇宙,绝大部分区域的温度都非常低,整体计算下来,其平均温度为零下270.42摄氏度,这个温度只比绝对零度高了一点点。
但是之间的宇宙却不是这个样子,时间越往前推,宇宙的物质密度就越高,各种微观粒子的运动速度也越快。在宇宙的诞生之初,其温度曾经达到了1.4亿亿亿亿度(普朗克温度)。
目前的我们所处的宇宙,一直处于一个加速膨胀的状态。这也就意味着,天体之间的距离会越来越大,相应的宇宙的密度也越来越小,宇宙的温度也会随之继续下降。不出意外的话,这样的状态将一直持续下去,直到整个宇宙的温度降无可降……
所以,宇宙之所以这么寒冷,只是因为宇宙空间实在是太空旷了,这与什么“冷气”无关。
宇宙中为什么会有寒冷?是谁制造了冷气?
绝大部分朋友对太空的印象来自于好莱坞大片,而最近的《复仇者联盟4》中乌木喉被吸入太空这种惨烈的“离线”方式也许给了大家一个太空无比震撼的感觉:寒冷!那么是谁在太空中制造了如此寒冷的环境呢?
一、太空为什么那么冷?
其实我们不能用寒冷来形容太空,因为冷或者热在热力学中的表现形式是物质中微观粒子的运动剧烈程度!简单的说微观粒子运动越剧烈,那么它的宏观温度表现就越高!当微观粒子停止了运动,很简单它达到了宇宙中最低的温度-绝对零度:273.15℃!但我们永远都达不到这个温度,只能无限接近,而这个-273.15℃也是根据这个方式计算出来的!我们也使用激光来囚禁原子使其接近停止也到到最低温度!
上图是2018年5月在国际空间站的一次冷原子元实验,一个装有激光器、真空室、舱室和一把电磁“刀”的实验盒,用激光抵消原子的热运动,使原子接近绝对零度!实验达到了有史以来人类能够达到的最低温度:比绝对零度高出大约十亿分之一度!
上述温度的表现方式,我们可以引申出,在地球上最丰富的就是物质,比如大气海洋和岩石等,它们的热运动方式表现在温度上,因此我们能感知它们的冷热!在太空中空无一物?因此它的表现就是绝对零度?
其实完全不是这样,首先太空中并非空无一物,即使在太阳系中的星际空间,每立方厘米中仍然有数个原子,星系与星系之间的宇宙空间,可能会低到每立方米只有1-2个原子!因此即使这些原子的热运动再激烈,它在宏观温度上的表现是苍白的!当然除了这些显物质以外,理论上还存在:
1、暗物质
传说中中暗物质只参与引力作用,在其它作用力方面比如电磁力(热运动)没有任何表现,因此我们也不能再微观热运动中的宏观温度表现中发现暗物质!人类只能在大尺度上计算出暗物质的分布,但到现在为止我们没有任何其它直接证据发现它的存在!
星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈,
2、暗能量
与暗物质不一样,暗能量被认为均匀存在于宇宙中,它只参与斥力作用,密度大约是10^-26千克/立方米,当然我们也不能在热运动的表现中发现它的存在!
二、乌木喉是怎么死的?
刚刚上文说了,太空中不过是没有物质或者物质极少而已,那么乌木喉掉入太空不是有物质了么,为何会结冰冻死?这我们得了解下在太空中的几种热量散失方式:
1、传导
其实太空物质太少,传导几乎可以忽略不计
2、辐射
人体温度并不高,辐射效率还是比较低的,短时间热量散失也可以忽略不计
3、失压体液沸腾带走大量的热
这是人体在太空中热量散失的主要途径,因为太空中几近于零的大气压,而人体常态下则是一个大气压,因此两者会平衡!而体液则无法适应这些环境,直接就沸腾了事了!它沸腾的直接结果就是皮肤逐渐爆裂,间接后果则是带走的大量热会让剩余体液结冰而停止蒸发,转而升华!
因此让乌木喉死亡的并不是太空的低温,而是其超低压环境!不过据说乌木喉并没有死,在新一部《妇联》中乌木喉将会回来,至于他为什么没死我们就别介意了,反正种花家对《妇联》并没多少期待,毕竟这情节距离科幻越来越远了,而魔幻又有所欠缺,对它的定位似乎有些小尴尬!
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