太阳|太阳表面接近6000度,地球都晒热了,为何太空却接近绝对零度?

在人类历史的长河中 , 真理因为像黄金一样重 , 总是沉于河底而很难被人发现 , 相反地 , 那些牛粪一样轻的谬误倒漂浮在上面到处泛滥 。—— 培根
太阳是太阳系绝对的主宰 , 它的质量占据太阳系总质量99.86%以上 。 太阳的核聚变反应使得太阳的温度极高 , 太阳的表面温度高达6000度 , 内核温度高达1500万度 。
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地球能量的主要来源就是太阳辐射 , 这就是依靠太阳的核聚变反应所产生的 。 可问题来了 , 为什么地球可以被太阳晒热了 , 可为什么太空的温度却接近绝对零度?
太阳核聚变
要知道质量越大 , 引力就越大 。 由于太阳的质量十分巨大 , 因此 , 太阳的引力巨大 , 这就导致太阳内核被挤压得很严重 , 温度飙升 。
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太阳的内核物质在高温的状态下 , 呈现出了等离子态 , 这是有别于我们日常见到的三态 。 等离子态的特点在于没有完整的原子结构 , 这是因为电子获得足够大的能量 , 摆脱了原子核的束缚 。 因此 , 太阳内核是原子核、电子、光子等粒子混合的状态 。
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要知道构成太阳的主要物质是氢元素和氦原子核 , 因此 , 太阳内核的原子核主要是氢原子核和氦原子核 。 照理说 , 氢原子核是带正电的 , 同宗电荷相排斥 。 因此 , 氢原子核之间存在着静电斥力 , 不容易发生核聚变反应 。
如果要强行让氢原子核发生反应 , 就需要输入足够大的能量 。 但是太阳的内核温度不足以提供足够的能量 。 具体来说就是:太阳内核的温度只有1500万度 , 而氢原子核的核聚变反应的最低门槛达到了1亿度 。 因此 , 从宏观的角度来看 , 太阳内核是不应该发生氢原子核的核聚变反应 。 不过 , 在微观世界中存在着一个效应 , 它叫做:量子隧穿效应 。
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所谓量子隧穿效应是说 , 原本需要输入能量才能促发的反应 , 在微观世界中也有一定的概率会发生 , 只不过概率极其低 。 就像上文说到的 , 太阳是太阳系的主宰 , 内部的粒子数量极其巨大 。 因此 , 再小的概率 , 也可能发生 。
因此 , 在弱力的配合下 , 太阳内核可以发生核聚变反应 , 只不过反应的速率会相对缓慢 , 并且持续很久 , 而不是像同样是氢原子核反应的氢弹那样 , 一下子全炸的 。
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太阳核聚变反应的过程中 , 4个氢原子核经过三个阶段的反应 , 在弱力的作用下 , 最终生成一个氦-4原子核 , 并伴随着3个光子和2个中微子的产生 。
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由于太阳内核呈现等离子态 , 而光子是参与到电磁相互作用当中的 。 因此 , 光子并不能够直接从太阳内核冲到太阳表面 , 而是会跌跌撞撞地向外挤 。 据科学家统计 , 光子从太阳内核到太阳表面平均需要14万年的时间 。
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到达太阳表面后 , 光子就会奔向星辰大海里 , 其中只有极其少的一部分会冲向地球 。 这部分光子就是地球的主要能量来源 。 如果我们把太阳辐射这件事情用钱来作比喻 , 那就相当于太阳每秒向太空抛出70万亿 , 而辐射到地球上还不到3万 。 即便是如此 , 地球朝向太阳的一面也会因为太阳的辐射而温度升高 。 也就是说 , 这部分太阳辐射有相当一部分转化为了热 , 提升了地球的温度 。
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可问题是 , 地球可以被太阳晒热了 , 为什么太阳周围的宇宙空间为什么还是绝对零度呢?
温度的本质
这其实就需要对“热”的有个深刻的理解 。 首先 , 热和温度是两码事 , 温度是物质冷热程度的物理量 。 其次 , 如果我们从微观视角来看温度这件事 , 我们就发现 , 温度的本质其实是粒子的热运动的剧烈程度 。 这应该如何理解呢?
我们知道 , 万物都是由粒子构成的 。 但实际上 , 粒子并不是整整齐齐地排列在一起的 , 它们其实是会“动”的 , 而且是无规则的运动 。
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可问题是 , 我们没有办法一个个去描述粒子 , 而且构成物质的粒子数量巨大 。 因此 , 科学家是用统计的方法来描述粒子的整体 。 科学家发现 , 当粒子整体运动得特别剧烈时 , 温度就越高;反之 , 温度就越低 。
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这种描述就带来一个问题 , 它是建立在大规模的统计学之上的 。 意思是说 , 这个结论要成立 , 那就需要有足够多的粒子数 。
地球是一个物质密度很高的天体 , 粒子数足够多 。 所以 , 当接收到太阳辐射时 , 粒子热运动就会变得剧烈 , 温度就会升高 。 然而 , 太空是真的很空旷 , 据科学家观测结合理论计算 , 他们发现地球的平均密度大概是一个立方米不到一个氢原子的水平 , 数量可以说是极其少 。 因此 , 太空是很难反映出温度 。 即便是太阳辐射通过时 , 也不会给太空增加温度 。
总结
地球会升温和太空不会升温 , 本质上相差的是物质密度的差异 , 前者物质密度高 , 粒子数高 , 可以反映出温度的效应 , 后者物质密度极其低 , 几乎没有粒子 , 很难反映出温度的效应 。


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