Температура является мерой кинетической энергии, передаваемой частицам, поэтому, поскольку пространство является вакуумом, температуру нельзя измерить. Но тогда есть космическое фоновое излучение. Это оставшееся тепло от Большого Взрыва, но тогда тепло в космосе не имеет смысла, как это излучение нагревает пространство-время, когда оно технически не может быть нагрето? Более того, почему его называют теплом, когда оно примерно равно Кельвина, что чуть выше абсолютного нуля?
Я хочу разделить это на несколько частей, потому что здесь есть несколько вопросов.
Вы начинаете с обсуждения определения температуры, основанного на кинетической энергии частиц (хороший и довольно общий результат, который можно вывести из закона идеального газа). Затем вы пишете «пространство является вакуумом, температуру нельзя измерить» , что неверно даже в этом контексте, потому что космос — это очень хороший вакуум, но, как заметил Безумный приятель , он по-прежнему заполнен очень рассеянным газом, и температура этого можно измерить газ. Однако оказывается, что температура этого газа не имеет большого значения.
Почему нас волнует «температура» космоса? Нам не все равно, потому что мы отправляем транспортные средства, инструменты и людей в эту среду, и нам нужно знать, как они будут работать, и подготовить для них соответствующие системы отопления и/или охлаждения. В общем случае тепловое движение происходит по трем каналам, называемым теплопроводностью, конвекцией и излучением. Для тела (космического корабля или костюма космонавта), свободно лежащего в тонком, тонком вакууме «космоса», ни теплопроводность, ни конвекция не очень важны (поэтому нас не волнует температура этого газа).
Вместо этого, как указывает Джон, мы беспокоимся только о переносе излучения, в котором преобладают два источника: солнце и черные пустые пространства между звездами и галактиками. Солнце явно очень горячее (суммарный поток вокруг спектра примерно черного тела на ). «Черные» пространства заполнены космическим микроволновым фоном, который является очень хорошим приближением к спектру абсолютно черного тела около .
Последняя цифра — это то, что люди обычно подразумевают под «температурой пространства».
Черное тело излучает тепло в соответствии с законом Стефана-Больцмана , и вы можете использовать излучение, испускаемое черным телом, для определения температуры.
Если вы поместите черное тело в космос, вдали от любых других источников излучения, то оно будет нагреваться или охлаждаться (в зависимости от его начальной температуры) до тех пор, пока его температура не станет 2,7 К. При этой температуре испускаемое им излучение точно уравновешивается поглощаемым им реликтовым излучением. Вот почему мы говорим, что температура реликтового излучения составляет 2,7 К, т.е. оно находится в равновесии с черным телом при этой температуре. На самом деле реликтовое излучение имеет почти точно спектр черного тела.
Позже :
Хотя это лишь косвенно связано с вопросом , этой группе удалось измерить температуру реликтового излучения вокруг далекого квазара. Поскольку мы видим квазар таким, каким он был миллиарды лет назад, можно было бы ожидать, что температура реликтового излучения будет выше, и действительно, это именно то, что они обнаружили.
У Джона и dmckee очень хорошие ответы. Я только хочу добавить немного, чтобы обратиться к последнему пункту:
Более того, почему его называют теплом, когда оно примерно равно Кельвина, что чуть выше абсолютного нуля?
Это состояние, кажется, спрашивает, почему мы используем такие термины, как «тепло», для таких холодных вещей. Что ж, «холодность» — это не что иное, как «быть не таким горячим, как что-то другое». Да, несколько кельвинов — это «холодно» по сравнению с комнатной температурой. Однако, если объект имеет любую температуру выше абсолютного нуля, то что-то может быть холоднее его. Все, что выше абсолютного нуля, обладает некоторым количеством «тепла» в том смысле, что оно может поднять температуру еще более холодных вещей, если они соприкоснутся.
Вы можете думать об эффекте унру... представьте себе воображаемую вселенную, где вы можете глобально построить инерциальную систему отсчета... согласно унру, измеряемой температуре вакуума (просто подумайте о флуктуациях теории поля; игнорируйте любое физическое содержание, такое как газ в нем) при просмотре из неинерциальной системы отсчета пропорциональна ее ускорению, поэтому из инерциальной системы она равна абсолютному нулю. инерциальная система отсчета: оба из них примерно из-за ОТО) для просмотра в разных контекстах ... для черной дыры мы можем выполнить интеграл по путям (вычисление статистической доли), и это связано с излучением Хокинга-Унру и т. д..
Безумный арахис вафли
Эмарти