一直以来,很多人认为“太空是绝对零度的”,其实这个观念是有问题的,首先,太空并不是绝对零度;其次,人跑到太空中并不会冻死。(当然,一般来说是憋死或者体液沸腾而死)。为什么会是这样的呢?
我们要从哪个角度来分析:
太空中很难显现出温度
如果你拿着一个温度计到太空当中去测温度,那会测到什么呢?
大概率是显示不出来具体多少度。对我们来说,温度是冷热。但如果你深入到微观世界,温度其实是分子的热运动。
温度越高,分子的热运动越剧烈;温度越低,分子的热运动就相对不那么剧烈。
根据不确定性原理,当分子几乎不进行热运动,而是在很小的范围内振动时,就会达到绝对零度,这个温度是-273.15℃。所以,绝对零度的温度值也是从分子的热运动中得到的,才会有这么奇怪的一个数字。
这里我们要注意一点,这是大量统计得到的结果,意思是要测出这个温度需要大量的分子聚集才可以测出来。
但是太空是真的很空旷。除非天体以及周围的地带,否则分子数都极其少。2013年,科学家通过普朗克卫星发回的数据得到了宇宙在大尺度上不弯曲,并且基于宇宙学原理和广义相对论,计算出了宇宙的平均密度,这个密度要小于宇宙临界密度也就是0.9*10^(-29)g/cm^3,如果我们把宇宙的物质都看成是氢原子(实际上,宇宙中99%的元素都是氢和氦),那这个平均密度相当于一平方米内还不到1个氢原子。
这个空旷的程度是地球上任何一个实验室都无法做出来的“真空”,再加上宇宙中有很多地方是由大量的物质聚集的,这就导致其他的空旷的地方的密度还要更小一些。
所以,这样的空旷程度,你拿着温度计根本也测不到任何温度,同样的,如果不考虑人会挂,人体裸露在太空中也感受不到冷的。
而我们在地球上之所以能够明显感受到冷热,就在于地球是大量物质粒子聚集的天体,微观粒子数量足够多,完全可以让我们明显感受到冷热。
太空的温度
那太空有没有温度呢?实际上是有的,但这个温度并不是绝对零度,那应该是多少呢?
实际上是2.7K,也就是比绝对零度高2.7度,这是如何得到的呢?
其实这和宇宙大爆炸有关,话说138亿年前,宇宙起源于一场大爆炸。
在这之后的38万年后,宇宙的温度降到3000K左右,中性原子开始形成,而大爆炸时的余热则以电磁波的形式在宇宙空间中传播,成为了宇宙的背景辐射,遍布了整个宇宙空间,一直持续至今温度降到了2.7K,也被我们称为宇宙微波背景辐射。
上世界60年代初,美国贝尔实验室的两位工程师彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯设备,建立了一套高灵敏度的号角式接收天线系统。然后,他们就发现无论什么季节,总能接收到遍布全天的背景辐射。
后来,这也被证实为宇宙微波背景辐射,他们也因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。不过早期的设备比较粗糙,对于宇宙微波背景辐射的观测并不细致,体现不出什么具体的细节,后来,各国陆续发射了不同的探测器去观测宇宙微波背景辐射。
最新的普朗克卫星甚至是跑到了地球轨道上绕着太阳运动,以此来排除地球的干扰,获取到了大量数据,得到了一张目前精度最高的宇宙微波背景辐射。所以,宇宙微波背景辐射的存在是确凿无疑的。并且如今的宇宙微波背景辐射已经成为了天文学家必备的武功秘籍,它能告诉科学家宇宙的过去、现在和未来会如何演化。
因此,太空并不是绝对零度的,而是2.7K,这是由宇宙微波背景辐射所决定的。但同时因为太空实在太空旷,密度实在太低,温度是基于大量微观粒子热运动的统计,因此,人或者说温度计根本感受不到这个温度的存在。