溫度與壓力有沒有極限？

新竹的佘成忠問： 
翻譯／黃敏芳 

　　台灣師範大學物理系張明哲教授回答如下：

　　氣體由原子所組成。溫度較高的氣體，平均而言其中的原子（或分子）移動較為快速；相反的，溫度較低的氣體，其中的原子移動得較慢。當原子完全靜止不動時，就是低溫的極限，約為-273℃。所有物質的溫度都不可能比這個溫度更低，所以這個最低溫度也稱為絕對零度（0 K）。在一般的室溫下，氧氣分子一秒鐘大概就可以跑半公里遠。但是在實驗室所創造出的特殊環境下，氣體分子的平均速度可以減慢到一分鐘只移動10公分左右，這時氣體溫度只比絕對零度高出10億分之一度左右。在這種極端的情況下，氣體的量子性質會變得很顯著，產生玻色–愛因斯坦凝聚的現象。

　　反過來說，人為的實驗可以創造出多高的溫度呢？在美國的國家點燃設施（NIF）裡，將多束功率極高的雷射同時聚焦到一點，可以在瞬間達到一億度的高溫，足以「點燃」核熔合反應。這個溫度和太陽核心的溫度差不多。2007年，歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）建好之後，可以讓高能量的粒子互相碰撞。這種激烈的碰撞，可產生1015℃的高溫，幾乎是宇宙大霹靂剛發生後瞬間的高熱狀態。

　　氣體的另外一個基本性質是壓力。容器裡的氣體具有壓力，是因為無數的氣體分子不斷的撞擊容器壁，使容器感受到向外的推力。當撞擊次數越少，或是撞擊力道越輕微，壓力就越小。如果把容器抽成絕對真空，裡頭完全沒有氣體分子的話，壓力自然會降到零。（負壓區這個名詞，通常指的是這個區域的壓力比一大氣壓小，而不是壓力為負值。）

　　由於壓力指的是單位面積上的受力。所以施力固定時，如果受力面積越小，壓力就越大。因此在硬度高、切面小的鑽石上施加很大的力量，就可以在互相擠壓的鑽石間產生高壓，達到大氣壓力的1000萬倍左右，讓人們得以模擬地層深處的岩石狀態，研究物質在高壓下的奇特行為。

　　科學研究的關鍵就是要見人之所未見，其中一條發現的捷徑就是將實驗的條件不斷推向極限。由於高溫與高壓在理論上並無限制，所以這類的新疆界必定還會持續不斷的擴張，帶來更多嶄新而有趣的發現。

【本文轉載自《科學人雜誌》2006年7月號】