核聚变反应温度需要上亿度？怎么测量？温度到底是什么？

核聚变反应的发生，有一个重要的前提，就是需要极高的温度。有多高呢? 目前聚变界常规的“小目标”都是：一亿度！

因此，启动氢弹里面的核聚变反应，首先需要一颗原子弹做“引信”，而对于磁约束核聚变装置，为了实现这一亿度的高温，则需要庞大的加热系统提供能量输入。

我国的EAST托卡马克装置，曾在2018年，已经实现一亿度的高温等离子体放电。而目前全球合作共建的国际热核聚变实验堆的目标，则是1.5亿度。

要知道，世界上最耐热的金属，熔点也只有3000多摄氏度，相比之下，一亿度是个什么概念呢？又是如何测量的呢？温度到底是什么？

今天我们就来聊聊关于“温度”的故事。

温度的实质是什么？

100度，可以使水沸腾；

1000度，很多金属开始融化；

5500度，最耐热的金属钨也会直接气化！这也差不多是太阳表面的温度。

温度再往上升，化学结构将不复存在，原子的原子核和电子被分开，物质呈现出一种等离子体形态。

28000度，是闪电的温度，它是自然界中最常见的等离子体。

1600万度，太阳核心的温度，核聚变无时无刻都在发生。

3.5亿度，氢弹爆炸的核心温度

10万亿度，人类目前创造出的最高温度，来自于欧洲核子中心的质子对撞机

其实温度的实质是微观粒子的运动。速度越快，动能越大，温度则越高。

日常生活中，我们用温度计测量的温度，一般针对于物体的固、液、气三态。而当温度再升高时，物质将呈等离子体态，此时，没有化学结构，只有粒子。

对于微观粒子而言，高温、高速或者高能，其实是等效的概念。因此对粒子温度的测量，其实也就是对粒子速度或者能量的测量。

举个例子，对于最简单的氢原子核，也就是一个质子，一亿度意味着什么呢？

根据温度/速度转换公式，粒子温度与粒子的质量和速度平方成正比。其中，质子质量约为1.7×10^-27 kg，若要加热到1亿度，则需要将其加速到900km/s，相当于光速的千分之三。

温度、核聚变与万有引力

既然温度代表着速度和能量，那么为什么会有速度呢？能量又是哪里来的？

其实真正主宰一切的是：万有引力！

我们知道，恒星的核聚变是宇宙中的能量来源。而恒星之所以会发生核聚变反应，是万有引力造成的其核心的高温高压环境。

最小的恒星质量约为0.08个太阳质量，核心温度约为400万度，可以使氢的核聚变缓慢发生！而随着恒星质量的增加，万有引力越来越大，核心温度也越来越高。

大于10个太阳质量的恒星，核心温度可达30亿度！在这个温度下，氢聚变成氦，氦聚变成碳，碳聚变成氖，一路向上，直到最终生成铁。

由于铁的原子核异常稳定，铁核聚变，不会释放能量，反而需要吸收大量能量。恒星内核一旦没有足够的能量产生，自身巨大的引力就会造成内核的坍塌，这也意味着恒星的终结！

大质量恒星核聚变产生的主要元素，从内向外，重核聚变到轻核聚变

所以，从某种程度上讲，万有引力不光主宰着温度和核聚变，也是宇宙万物的缔造者和终结者！

温度的两极，代表着宇宙的起源和终结

再聊回温度本身，我们都知道，温度的下限是绝对零度，也就是-273.15℃，那么温度有上限吗？

答案是：温度有上限！

让我们再回到最初的那个公式，将粒子的速度换成光速，质量换成普朗克质量。这样我们就得到了温度的上限：1.4亿亿亿亿度！这个温度发生在宇宙大爆炸的瞬间！

这个公式里，最令人惊讶的是，普朗克质量并不是一个很大的天文数字，而是一个我们能轻易获取的质量：21微克。

它是宏观尺度与微观尺度的分界点，当物质的质量小于普朗克质量时，它的行为是不确定的，表现出微观的量子特性。而之所以会出现这种特性，是由于引力场效应所产生的结果。

宇宙诞生之初，温度是极高的！经过138亿年的膨胀和冷却，目前的我们身处的宇宙，背景温度是2.7K，大概-270.5℃，可谓是极其冰冷的！

不过由于恒星核聚变反应的存在，相当于在广袤虚空的宇宙中，一个个局部的热源，将推动着宇宙的继续膨胀。与此同时，宇宙的温度也将继续降低！

那么问题来了，宇宙的温度会降低到绝对零度吗？

目前的理论，绝对零度不可能达到，因为它意味着绝对静止，意味着体积为零！

不过，这里我们倒是不妨脑洞一下：假如宇宙膨胀到最后，温度降至绝对零度，宇宙会瞬间体积为零，回到诞生之初的那个点吗？

宇宙从一个原点，生出温度的两极，伴随着自身的诞生与消亡！

听起来，这样的剧情是不是很熟悉！

正所谓：天下大势，合久必分，分久必合。

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