10万亿度的高温如何测量出来？什么材料能够承受

宇宙中，只要有物质和能量，就有温度的概念。因为温度反映的是粒子的平均动能，或者说粒子的热运动剧烈程度。对于空无一物的绝对真空而言，谈论温度是没有意义的。

不过，宇宙中并没有绝对意义上的真空。量子力学表明，真空并不是空的，有时会随机出现一对虚粒子，它们会互相湮灭瞬间消失。除了量子涨落之外，宇宙空间中还分布着各种粒子，甚至还有神秘的暗物质粒子。据估计，平均每立方米的宇宙空间中，分布着大约6个质子，所以太空还是非常空旷的。

除了物质之外，太空中还有能量，这就是遍布宇宙的微波背景辐射，它们是宇宙中最早产生的一批光子。宇宙经过38万年的膨胀之后，空间变得足够空旷，温度降到足够低，自由光子第一次出现在宇宙中。在过去的138亿年里，它们一直在宇宙中行进。

宇宙最早的光子充满了空间，即便恒星的温度非常高，但空间极为广袤，太空的温度是由宇宙微波背景辐射决定的。通过测量，整个宇宙的平均温度只有零下270.42摄氏度。

当然，宇宙中也可以产生极高温度的天体。中低质量恒星坍缩形成白矮星后，其表面温度可达10万度。两颗中子星在引力的作用下发生碰撞时，将会产生3500亿度的高温。大质量恒星的核心坍缩成中子星后，中子星的核心温度最高可以达到1万亿度。

不过，人类在实验中能够制造出更高的温度，可以达到10万亿度。那么，如此高的温度是如何制造出来的？这么高的温度是怎么测出来的？什么样的材料可以承受这样的极端温度？

无论是核弹爆炸，还是可控核聚变，都无法产生这样的高温。只有在粒子加速器中，才会出现极端的温度。粒子的质量很小，它们可以被粒子加速器加速到足够接近光速。当以亚光速运动的粒子之间发生碰撞时，可以瞬间产生极高的温度。

10万亿度的高温正是产生自当今能级最高的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）。在大型强子对撞机中，亚光速的质子与重原子核发生剧烈碰撞，可以产生10万亿度的高温。这种极端的温度会让原子核分解成“夸克汤”，也就是夸克-胶子等离子体，其密度也是非常极端，高达每立方厘米400亿吨。

这么高的温度肯定不是拿温度计去测量的，因为根本没有这么大量程的温度计。如上所述，粒子的平均动能与温度有关，两者可以建立起数学上的关系。通过测量粒子的平均动能，就能算出对应的温度。

虽然10万亿度的温度非常高，但只是瞬间达到，很快就冷却下去。最为关键的是，温度高不代表热量大。只要粒子的动能足够大，其温度可以非常高。但如果空间中的粒子密度很低，热量就会很少。这就如同我们的手可以承受住高温炉子旁边的热空气，但无法忍受把手伸进同样温度的热水中。

在产生10万亿度高温时，粒子加速器中的热量并不高，不需要能够耐10万亿度高温的材料。当然，实际也没有这样的材料，已知最耐热材料的熔点还不到5000度。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0518/890.html