已知最早的篝火灰燼出現(xiàn)于100萬(wàn)年前的南非的奇跡洞(Wonderwerk Cave),屬于當(dāng)時(shí)的直立人——熟食更加衛(wèi)生也更加容易消化,拓寬了我們的食譜;火焰也營(yíng)造了光明和溫暖,直立人、尼安德特人和智人等人屬物種因此適應(yīng)了黑暗寒冷的時(shí)空,占領(lǐng)了整個(gè)世界。
篝火可以達(dá)到900℃以上,足以讓粘土中的硅鋁酸鹽失去結(jié)合水并重新結(jié)晶,變成堅(jiān)硬致密的陶。
我們這個(gè)物種早在2萬(wàn)年前就開(kāi)始制作陶容器:有了可以加熱液體食物的炊具,燉煮食物從此出現(xiàn)在人類(lèi)的食譜上,顯著提高了食物的利用率,而且讓女性可以用流食喂養(yǎng)嬰幼兒,大幅提高了新生兒的存活率,增加了整個(gè)社會(huì)的勞動(dòng)力。
如果把木柴裝在通風(fēng)的爐中,1100℃的火焰就超過(guò)了銅、錫和鉛的熔點(diǎn)。
冶金是人類(lèi)進(jìn)入文明的標(biāo)志,這率先發(fā)生在新月沃地的兩河流域和古埃及,青銅工藝連同西亞人馴化的小麥、大麥、綿羊、黃牛、家馬一起向著周?chē)鷤鞑?,最終抵達(dá)了遠(yuǎn)東,成為舊大陸一切文明的共同財(cái)富。
正如往期節(jié)目講述過(guò)的,含碳的鐵要到1400℃以上才能融化,純鐵的熔點(diǎn)更高達(dá)1538℃——只有先將木柴燒成木炭,再配合有鼓風(fēng)機(jī)的高爐才能將其熔化——這項(xiàng)技術(shù)最早出現(xiàn)于公元前的中國(guó),但直到1709年英國(guó)人解決煤炭脫硫問(wèn)題,1784年瓦特將蒸汽機(jī)用于高爐鼓風(fēng),鋼鐵工業(yè)才真正地蓬勃發(fā)展起來(lái)。
焦炭高爐可以達(dá)到2000℃!
要在開(kāi)放環(huán)境中獲得2500℃以上的高溫,我們就需要新的燃料了:氫氧焰能產(chǎn)生2570℃以上高溫,產(chǎn)生透明到淡藍(lán)色的烈焰,而且氫的密度極低,因此常用于航空火箭。
而全球20%的乙炔都用于熱切割,它在氧氣中燃燒的溫度可達(dá)3330℃,足以融化任何常用的金屬。
除此之外,二氰乙炔在氧氣中燃燒則達(dá)到了化學(xué)反應(yīng)的極限高溫,4990 °C,常壓下足以熔化所有已知物質(zhì)。
如果離開(kāi)了化學(xué)反應(yīng)的局限,人造高溫的就走入了開(kāi)闊的新天地:空氣是良好的絕緣體,但在30KV/cm的巨大的電壓下也將被雪崩擊穿,成為導(dǎo)電的等離子體,一縷熾熱的電弧。
基于這一原理,即便最廉價(jià)的手工電弧焊也可以輕松達(dá)到6000℃,將焊接用的鋼材瞬間熔化甚至汽化;
而等離子電弧焊集束噴出的熱焰少說(shuō)有28000℃,比閃電的溫度還高。
與此同時(shí),人類(lèi)在戰(zhàn)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)了更可怕的超高溫:1945年8月6日到9日,兩顆原子彈投放在長(zhǎng)崎和廣島上空,它們的核心溫度在100萬(wàn)到500萬(wàn)℃之間,連同爆炸產(chǎn)生的沖擊波與核輻射,共造成60萬(wàn)人喪命。
10年內(nèi),1954年3月1日,第一顆實(shí)戰(zhàn)氫彈“Castle Bravo”又在比基尼環(huán)礁爆炸成功,它有1500萬(wàn)噸當(dāng)量,中心溫度達(dá)到3.5億℃,創(chuàng)造了太陽(yáng)系內(nèi)有史以來(lái)最高的溫度。
巨大的蘑菇云在1秒鐘之內(nèi)就沖上了7.2公里的對(duì)流層頂,在10分鐘后又沖上的40公里的平流層頂,18000平方公里的太平洋海域生靈涂炭,比基尼環(huán)礁的原住民至今無(wú)以為生。
核武器巨大的威力來(lái)自原子核內(nèi)由強(qiáng)相互作用禁錮的巨大勢(shì)能,1957年,第一代裂變核電站投入運(yùn)營(yíng),開(kāi)始將它用于和平的事業(yè)——但直到今日,可控?zé)岷司圩兌純H停留在理論階段,因?yàn)槲覀冸y以約束核聚變必須的上億度高溫。激光脈沖聚焦后產(chǎn)生慣性約束是一個(gè)熱門(mén)的候選方案,為此,美國(guó)的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了世界上最強(qiáng)大的高頻電磁波發(fā)生器,Z脈沖功率設(shè)施,可以制造20億℃的超級(jí)高溫,達(dá)到了大質(zhì)量恒星瀕死時(shí)的核心溫度。
但這遠(yuǎn)非人類(lèi)所能創(chuàng)造的最高溫度:美國(guó)原子能委員會(huì)的布魯克黑文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室擁有人類(lèi)唯一的自旋極化質(zhì)子對(duì)撞設(shè)備,相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)。它能將周期表上的任意原子核加速到相對(duì)論速度,對(duì)撞產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1萬(wàn)億℃的黑體輻射,達(dá)到中子星融合時(shí)的極限溫度的3倍。
而高能物理的圣地、集全人類(lèi)智慧之大成、萬(wàn)維網(wǎng)的誕生地、迄今最大的粒子物理實(shí)驗(yàn)室,歐洲核子研究中心,擁有一臺(tái)可怕的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),它在尋找希格斯玻色子這樣的艱巨任務(wù)中產(chǎn)生的局部能量相當(dāng)于10萬(wàn)億℃的黑體輻射,或者說(shuō)宇宙大爆炸后萬(wàn)分之一秒時(shí)的溫度。
然而這樣的溫度對(duì)于物理學(xué)的野心來(lái)說(shuō)仍然太低了——要驗(yàn)證弦論,我們至少還要把單個(gè)粒子的能量再提高15個(gè)數(shù)量級(jí)。
內(nèi)容來(lái)源:少年物理學(xué)家
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