宇宙中存在沒有溫度的物質嗎？

2023-03-31 08:21:43

在物理學中，聲、光、電、力和熱是主要的研究方向。在古代，許多學者研究「熱現象」。但是沒有人確切知道最早的1000年是在錯誤的道路上。因此，「物質為什麼有溫度」看起來很簡單，但實際上卻很複雜。到底發生了什麼？

今天，讓我們來談談這個問題。

熱量理論

在歐洲中世紀，當時的學者認為「熱現象」的本質是所謂的「熱質」，即熱量理論。這個理論認為熱是一種類似於空氣體的物質，它看不見、摸不著或附著在物體上，因此物體可以顯示溫度。

這種想法實際上非常符合我們日常生活中的直覺，普通人很難反駁這種說法。但它也能解釋一些現象，如熱傳遞。當高溫物體與低溫物體接觸時，熱量最終會變得均勻，這表明部分「熱質」從高溫物體轉移到低溫物體。

然而，後來發現熱量理論也有缺陷。讓我們舉個例子。冬天，天氣相對寒冷。這時，我們會習慣性地搓手。在搓手的過程中，會產生熱量。在整個過程中，沒有物質的轉移，只有手掌之間的相對運動。

熱量的本質是能量。

因此，熱量理論面臨前所未有的挑戰。後來，經過幾代學者的研究，他們認為熱不是一種物質，而是一種能量。以文章中提到的「搓手」為例，在搓手的過程中，手掌在相對運動時會產生摩擦，在摩擦的方向上會產生位移，即做功，所以熱量來自於摩擦做功。這實際上與鑽木取火的原因相同。

不僅如此，還有一個叫焦耳的釀酒師。為了使啤酒味道更好，他做了一個非常棒的溫度計。他對熱現象特別著迷，並且已經研究了很多年。

因為他是一個釀酒師，所以他對能量轉換的問題特別著迷。有必要知道傳熱和作功的方法可以改變物質系統的能量，這意味著傳熱和作功之間存在一定的轉換關係。因此，他最終通過大量實驗建立了轉換關係。

這也被稱為熱的機械等價物。焦耳當時的計算已經相對準確了。後來，我們規定了以下換算關係。

在研究這個過程中，焦耳還得到了眾所周知的能量守恆定律，現在有一種能量單位以他的名字命名。

「熱現象」的微觀解釋

事實上，科學家們並沒有就此止步，對「熱現象」的研究後來更深入了。科學家還從微觀角度發現了「熱現象」的本質。在焦耳時代，他和物理學家開爾文一起工作，獲得熱力學溫標。對應於這個溫標的物理量是開爾文溫度，用符號k表示。我們在日常生活中使用攝氏溫標，兩者實際上可以相互轉化。開爾文零度是絕對零度，攝氏零下273.15度。因此，兩者之間的轉換關係是:

這個動作會有移動速度。然而，在微觀世界中，粒子如此之多，我們無法一一測量。科學家使用的方法是計算粒子的平均動能。他們發現粒子整體移動得非常快，也就是說，平均動能越高，溫度越高。相反，粒子整體上移動緩慢，即平均能量越低，溫度越低。