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綜述

為解決地球越發(fā)枯竭的能源環(huán)境，國際社會(huì)于2016年提出了“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃”，該計(jì)劃意在解決人類即將面臨的能源危機(jī)，將現(xiàn)有的能源合理化利用，同時(shí)創(chuàng)造出可持續(xù)再生的強(qiáng)大能源。

同年，我國中科院也發(fā)起了一項(xiàng)名為“EAST人造太陽”計(jì)劃，其中EAST是由中國獨(dú)立設(shè)計(jì)制造的，世界首個(gè)全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，利用這些裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽的“全面復(fù)刻”。

而就在去年，EAST人造太陽實(shí)現(xiàn)了將1.5億攝氏度高溫等離子體維持1056秒的記錄，這標(biāo)志著我國科學(xué)正邁步走向可控核聚變的重要方向。

在贊美我國取得的驚人成就的同時(shí)也有不少人好奇，如此這般的高溫，科學(xué)家到底是怎么測(cè)量出來的呢？

什么是溫度？

在了解溫度如何測(cè)量之前，我們首先得知道溫度是如何產(chǎn)生的。

在現(xiàn)有的物理規(guī)律下，我們發(fā)現(xiàn)所有的物質(zhì)都是由微觀粒子組成的，盡管肉眼看不到這些微觀粒子，但可以肯定的是它們絕對(duì)存在，而且無時(shí)無刻不再做著微觀運(yùn)動(dòng)。

科學(xué)家經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)組成物體的微觀粒子運(yùn)動(dòng)越快，該物體的溫度也就越高；反之也是一樣。

可以明顯地看出，溫度的產(chǎn)生離不開微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上溫度的本質(zhì)就是組成物體的基本微觀粒子，其在運(yùn)動(dòng)時(shí)傳遞能量的多寡；這種能量在釋放時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，最終形成人類可以感知的溫度。

我們都知道絕對(duì)零度是零下273.15攝氏度，在這個(gè)溫度下，所有的微觀粒子都被凍結(jié)，再也不可能產(chǎn)生任何能量，這也是為何溫度只有下限卻沒有上限這一說。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動(dòng)可以永無止境，但停下來就只有那一刻而已。

當(dāng)微觀粒子徹底失去活力，變得靜止不動(dòng)時(shí)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)那是零下273.15攝氏度的極寒。

很多人都說天空的溫度極低，那是因?yàn)樘罩腥鄙俦３治矬w溫度的基本粒子，它是一個(gè)真空的環(huán)境，基本上沒有任何微觀粒子；在這種情況下，太空中自然缺乏能量的載體，也就不可能具備極高的溫度。

因?yàn)榱私饬藴囟犬a(chǎn)生的源頭，聰明的科學(xué)家利用現(xiàn)實(shí)物質(zhì)發(fā)明出了很多可以檢測(cè)溫度的工具，例如有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)溫度升高會(huì)導(dǎo)致水銀的體積膨脹，而且這種膨脹是固定性的，那這樣我們就能通過水銀膨脹時(shí)的反應(yīng)來測(cè)量溫度的多少，所以溫度計(jì)就應(yīng)運(yùn)而生，并被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)。

不過水銀由于其脆弱的外殼對(duì)溫度的測(cè)量畢竟是有限的，當(dāng)外界溫度高于150度時(shí)，水銀的外殼就會(huì)被脹破發(fā)生爆炸。

這也給了科學(xué)家一個(gè)新的靈感：即當(dāng)物體的溫度過高時(shí)，一般的物體在靠近它時(shí)會(huì)出現(xiàn)巨大的變化，尤其是那種人造的精密器械在高溫面前不堪一擊，很難去檢測(cè)它的基本溫度。

這時(shí)候就有人開始考慮了，既然從宏觀世界來看，我們無法用人造的精密儀器去測(cè)量物體的溫度，那如果從微觀世界入手呢？

如果我們能檢測(cè)出微觀粒子運(yùn)動(dòng)速度、如果說我們能計(jì)算出粒子運(yùn)動(dòng)速度和其產(chǎn)生溫度的比例，那溫度不自然就推算出來了嗎？這也就是科學(xué)家用來測(cè)量1億度高溫的方法！

高溫應(yīng)該如何檢測(cè)？

很多人都以為科學(xué)家測(cè)量溫度需要外界的儀器靠近溫度源頭進(jìn)行測(cè)量，這種方式面對(duì)低溫時(shí)自然有用，可那是1億度的可怕高溫，任何物體在接近它時(shí)都會(huì)瞬間灰飛煙滅，想要測(cè)量它的真實(shí)溫度，就必須要回歸到微觀世界中來。

就目前而言，科學(xué)家掌握的測(cè)量上億度高溫的方法還真不少，而且隨著人類在微觀世界的認(rèn)知加深和科技進(jìn)步，會(huì)有越來越多得心應(yīng)手的方法被研究出來。

不過考慮到測(cè)量規(guī)模和實(shí)際測(cè)量成本，目前來說最被普遍接受的測(cè)量上億度高溫的方法無非兩個(gè)：一是多普勒效應(yīng)、二是洛倫磁力。

多普勒效應(yīng)比較好理解，就像我們朝著湖面投去一顆石子，石子在接觸水面時(shí)，勢(shì)必會(huì)掀起陣陣漣漪，如果以物理學(xué)的角度去理解，這實(shí)際上就是波動(dòng)頻率。

當(dāng)一個(gè)不斷散發(fā)波動(dòng)的物體和另一個(gè)物體的距離產(chǎn)生變化時(shí)，他們之間的波動(dòng)頻率會(huì)因兩個(gè)物體之間的距離變化而變化。

以多普勒效應(yīng)為核心，利用波粒二象性和光電效應(yīng)基本原理，科學(xué)家就能通過觀察基本粒子表現(xiàn)出的顏色，來推斷其運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻率震動(dòng)，從而算出它所擁有的能量。

洛倫磁力實(shí)際上是利用微觀粒子在磁場(chǎng)中移動(dòng)帶起的影響來檢測(cè)溫度。

以帶電粒子為例，帶電粒子粒子在運(yùn)動(dòng)過程中是蘊(yùn)含能量傳遞的，這種傳遞如果控制施加力的方向，就能形成穩(wěn)定的磁場(chǎng)波動(dòng)，也就是電磁波，通過檢測(cè)物體的電磁波，然后推算出其真實(shí)溫度。

結(jié)語

很多人不明白為何科學(xué)家一直在追求無窮盡的溫度上限，這是因?yàn)闇囟仍诋a(chǎn)生后會(huì)聚集能量，越是高的溫度，所產(chǎn)生的能量也就越大；科學(xué)家非常希望能夠通過對(duì)這種能量的控制來改變?nèi)祟惉F(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，就像是可控核聚變目標(biāo)一樣，如果真到了那一天，人類將迎來巨大的飛躍。

標(biāo)簽： 最高溫度