如何测量一亿度的高温一亿度高温怎么测量

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出品：科普中国
制作：慕云深
监制：中国科学院计算机网络信息中心
我国的EAST人造太阳不久前实现了将1.5亿摄氏度高温等离子体维持101秒的记录，标志着我们走向可控核聚变的重要一步。可控核聚变的原理，本质上就是把两颗氢原子核捏成一颗氦原子核。为此，必须用高达数亿度的温度将其“捏”在一起。
那么问题来了：这么高的温度，我们是如何测量的呢？会有一个能测出这么高温度的温度计吗？
什么是温度？
质量描述的是物体有多少物质，长度描述的是物体占据一维空间的大小，那么温度（temperature）到底是什么呢？我们可以直观地感受到物质的冷热，但对温度的本质却并不了解。
虽然人们不知道温度到底是什么，但科学家很早就知道物体的热胀冷缩现象。利用这一点，人们很早就发明了温度计，利用液体的不同体积和其温度的对应关系，来测量温度。
人体表面温度的分布。图片来源：百度百科
为了描述温度的高低，人们发明了不同的温标。例如摄氏温标（°C）规定，水的凝固点是0°C，沸点是100°C，将其中的温度差平均分为100份，每份就是1°C 。
而华氏温标（°F）规定，水的凝固点是32°F，沸点是212°F，其中的温度差平均分为180份，每份就是1°F 。
摄氏度与华氏度图片来源：http://www.vimsky.com
直到近代，物理学家才了解到物质都是由小微粒组成的，而且这些小微粒都在不停地做着无规则的运动。人们发现，越热的物体，其中的小微粒的运动也越快，而越冷的物体，其中的小微粒的运动就越慢。（其实准确地说，热的物体其单独的某一分子运动并非一定比冷的物体快，只是整体平均来看，热的物体所有分子的“平均速度”比冷物体的分子平均速度快）。
此时我们才真正理解温度的本质：温度是构成物体的微粒的平均运动速度的量度 。
温度升高，微粒的随机运动加快图片来源：https://study.com/
（按定义来说，温度是构成物体的微粒的“平均动能”的量度，温度正比于这一平均动能，而动能正比于运动速度的平方。为了方便理解，此处简化为温度与微粒的运动速度相关。）
于是，人们就找到了一个真正意义上的温度的零点，也就是当微粒的随机运动完全停止的时候，此时的温度就应当定义为零度。这就是我们通常所说的“绝对零度”（absolute zero）。
经过理论计算可以发现，这一绝对零度的数值约为-273.15°C 。如果把摄氏温标中的零点位置向下挪动273.15°C，这样所有的温度就都是正数，这种温标也被称为开尔文温标（K）。
三种温标的比较图片来源：https://files.mtstatic.com/
曲线救国：常见的测温工具
在测量某个物理量的时候，我们有两种不同的策略：测量这个量的本身，或者测量这个量所引起的其他效果。
例如，我们要测量一个长方体的体积，可以有两种方法：测量其长宽高，然后相乘得到体积，这就是直接测量体积本身。另一种方法是，我们将这个长方体浸入水中，测量排出的水的多少，来换算成长方体的体积。这种方法实际上是在测量“体积所引起的排水效应”，从而间接测量体积这个物理量。
前面我们讲过，温度描述的是物体中的微粒运动的速度。由于我们很难将微粒剥离出来并且逐个测量其速度，所以日常生活中我们使用的测温装置，往往都是在测量“温度引起的其他效应” 。

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