科学家用什么方法来测量数亿度的高温？

　　导语
　　炎热的夏季我们常常难以忍受大气中接近40摄氏度的高温，这时候如果打开空调，感受二十多摄氏度的冷气，或者是吃上一个冰镇过的西瓜，那无疑是非常惬意的事情。
　　相较于人而言，40摄氏度的确是高温，但是在天文尺度上40度可真的太凉快了。在太阳的表面，温度达到了6千摄氏度，如果是太阳的核心，那么温度则能达到1500万摄氏度。
　　然而和我国目前正在试验的可控核聚变装置相比，1500万摄氏度的温度还是有些低，因为我国的可控核聚变装置其温度高达1。5亿摄氏度，这个温度已经不是人类能够想象的了。
　　毕竟40摄氏度左右的温度就能致人死亡，有史以来人类用肉身感受到的最高温度也不过是广岛和长崎的6000摄氏度，至于人处于这样的高温中会有什么样的感受，我们恐怕是很难知道了。
　　因此很多人对于我国可控核聚变装置产生的温度产生了好奇，很多人不由得询问这一亿多摄氏度的高温是如何测量出来的？
　　温度的本质
　　要知道这个问题的答案，我们首先得知道温度到底是什么。我们都知道任何物质都是由微观粒子组成，且这些微观粒子是在不断运动着的。
　　如果我们去观察一个物体就会发现，当一个物体的温度越高时，组成它的微观粒子就运动得越快，当这个物体的温度越低，组成这个物体的微观粒子就运动得越慢。
　　值得一提的是，这是温度如何在我们面前表现出来的，实际上温度的本质，是组成一个物体的微观粒子，其在运动时传递的能量的多寡。
　　以台球举例，如果我们以非常巨大的力气用球杆去打击一个台球，那么这个台球就会被赋予极大的动能，这个台球就会运动得非常快。
　　在微观世界也是如此，当一个微观粒子拥有足够的能量后，它就会有非常快的移动速度。因此组成一个物体的微观粒子其蕴含的能量越多，这个物体表现出来的温度就越高。
　　温度在宏观上的表现
　　基于这种理论，温度便会出现下限，毕竟当组成一个物体的微观粒子完全不含能量且不运动时，这个物体的温度就不可能更低了。
　　而这就是绝对零度，也就是零下273。15摄氏度。这个温度只能比它更高不能比它更低，因为但凡是微观粒子有一点移动，那么一个物体的温度就会开始升高。
　　这种微观粒子所蕴含的能量和温度之间的关系，在很多的宏观景象中都能见识到，其中最常见的就是热胀冷缩。
　　当一个大铁球被放在火上烤以后，这个铁球的重量虽然不变，但是其直径以及体积都发生了巨大的改变。
　　这是因为在火烤这个铁球的过程中，组成这个铁球的微观粒子被传递了比较多的能量，这些能量使得这些微观粒子加快了运动，从而增加了这些微观粒子间的距离，最终在宏观上我们就能看到这个铁球的体积变大了。
　　再比如说在太空中的温度是非常低的，很接近绝对零度，达到了零下270。3摄氏度。造成这一现象的原因是因为太空是一个真空的环境，它几乎没有任何的微观粒子。
　　在没有微观粒子的情况下，太空自然缺乏承载能量的存在，因此太空中几乎不含任何能量，这使得太空拥有这么低的温度。
　　当然，太空也不是绝对的真空，在太空内拥有各种的辐射、电磁波等现象，这些存在也是能承载一定的能量的，因此宇宙才不会达到绝对零度。
　　当然，因为很缺乏承载能量的东西，所以太空即使拥有如此低的温度，一个暴露在太空环境下的人也很难感受到冷。
　　因为没有微观粒子，微观粒子间的能量就不可能得到传递，因此很多科幻作品中有生物在暴露在太空环境后全身迅速结冰是很严重的错误。
　　基于温度和微观粒子间的关系，我们制作了水银温度计。当水银温度计被置身于比较热的环境中，水银温度计里面组成水银的微观粒子就会加快运动，使得各个微观粒子之间的间隔增加，从而使得水银的体积膨胀。
　　只要我们知道温度每升高一度水银会膨胀多少体积，那么我们就能通过水银膨胀的体积来计算温度。
　　不过这种温度计算显然是有限制的，因为装载水银的外壳无法承受过量的膨胀，因此当温度高到一定程度后，水银温度计便会爆炸，而这个温度一般不会超过150度。
　　可见当一个物体的温度过高时，一般的物体在靠近它时就会出现非常巨大的变化，而这种巨大的变化对于非常精密的人造物品来说就意味着损坏。因此科学家对于上亿度高温的测量非常的返璞归真，接近了温度的本质。
　　因为这些科学家测量这种程度的高温，并非去观察温度在宏观世界的表现，而是去观察温度在微观世界的表现。
　　如何测上亿度高温？
　　当然，科学家们去测量上亿度的高温也不可能拿着一个扫描隧道显微镜去直接观察微观粒子的运动，然后通过微观粒子的运动速度去计算出这个物体的温度。
　　毕竟如此高的温度很少有人造用具能够靠近，因此科学家们测量上亿度的高温，靠的是微观粒子在微观世界带起的影响。
　　这就好比一辆汽车，当它慢速行驶时和快速行驶时，带起的风的大小也是不一样的。所以当一个微观粒子运动速度的快慢必然在微观世界带来不同的影响。
　　目前测量上亿度高温的方法有很多，而且随着人类在微观世界的认知加深和科技的进步，测量上亿度高温的方法每隔一段时间就会多那么几种出来。
　　不过因为测量成本以及技术成熟度等等关系，目前比较主流的测量上亿度高温的方法有两种，一种是利用微观粒子在磁场中移动带起的影响，一种是多普勒效应。
　　利用电磁场测量温度
　　微观粒子在磁场中带起的影响首先要解释电磁波。当一个带电粒子（通常为电子）位于磁场中时，它便会受到一种力量的影响，这种力量被称为洛仑磁力。这种力量会使带电粒子吸收能量，从而运动得越来越快。
　　不过这种运动并非是无规律的运动，因为一个物体运动的方向一定是力施加的方向，而施加给带电粒子力量的洛伦磁力基本完美覆盖在磁场中。
　　磁场的形状通常是一个圆，因此带电粒子在洛伦磁力的影响下基本是围绕着一个圆在运动（多个带电粒子一起表现为螺旋运动）。
　　一个带电粒子在运动的过程中，是蕴含着能量的，而能量是会传递的。因此这种能量的传递就形成了磁场的波动，这种波动就是我们熟悉的电磁波。
　　当带电粒子运动的越快，它带给磁场的波动就越大，故而电磁波这种波动的频率就越高。
　　因此只要我们提前知道多快的电磁波频率是由运动得多快的带电粒子带来的，就能通过对电磁波频率的测算得知磁场内的带电粒子运动得有多快，从而通过带电微观粒子的运动速度算出磁场内的温度。
　　利用开普勒效应测量温度
　　所谓的多普勒效应指的是当一个不断散发波动的物体和另一个物体的距离产生了变化时，他们之间的波动频率会因为两个物体之间的距离变化而产生变化。
　　假设我们在一个湖泊中心丢一个石子，不管这个湖泊是像太平洋那么大还是像一个鱼缸一样小，石子带起的涟漪始终只会在10秒内有五次波动到达湖泊的边缘。
　　那么当这个湖泊像太平洋那么大时，这5次涟漪会非常慢。但当这个湖泊像鱼缸一样小时，这五次涟漪就会走得非常快了。而这种涟漪的速度放在波这种现象上，就被变成波的频率。
　　在得知了多普勒效应这个概念后，我们就需要引入另一个概念，即光的波粒二象性。即光即是一个由微观粒子组成的物体，又是一种像电磁波一样的波。因为光具备波的特性，因此光也是受到多普勒效应影响的。
　　而且因为光具备粒子的性质，所以光不单单能够承担多普勒效应中的光，更能承担多普勒效应中的物体。
　　在知道以上两个概念后，我们便需要引入第三个概念光电效应。光电效应是赫兹在19世纪80年代提出的一个现象，并由爱因斯坦进行了原理解释。
　　所谓的光电效应，即组成光的微观粒子（光量子）在撞击到电磁波中的电子后，会将电子直接撞出去（可视为微观粒子所蕴含能量的传递），被撞出去的电子会形成以一定电子数量组成的电子流。
　　在我们日常生活中所使用的电，就是正向移动的电子流。只是我们用的电所蕴含的电子数量非常多，其数量越多或者是电子移动速度越快，其表现出来的电压就越大。
　　当然，光量子撞出去的电子只有寥寥几颗电子，所以这个电量是很小的，几乎到了忽略不计的地步。
　　当一束激光打入一个具备极高温度的物体上时，这个物体周围的高温空气中的电子就会被撞出去，于是原本施加在电子上的能量就施加在这个光子上了。而光具备波的特性，因此这些光子又会产生光波。
　　不同的光波频段，会在光谱上表现出不同的颜色（并非我们视觉上的颜色，而是红移和蓝移）。因此通过观察这个这些光量子表现出的颜色，科学家能推断出它以多快的频率震动，从而算出它所拥有的能量以及温度。
　　温度蕴含能量
　　正是因为温度越高，蕴含的能量就越高，因此在人类的发展上，越能提供更多能量的装置其温度也就越高。
　　从早期的煤炭发电厂所表现的几千度高温，再到核电站反应堆表现的上百万摄氏度，再到我国目前还在研究的可控核聚变装置所拥有的上亿度高温。
　　即使这上亿度的温度只能维持数秒，它传递出来的能量也是非常高的，和传统的核聚变以及煤炭发电厂不是一个量级。
　　可见一旦可控核聚变装置被研究出来，人类所能利用的能量会比现在高数百倍甚至是数万倍。
　　因此从人类文明的发展上，我们能看到我们总是在追求更高的温度，这使得不少人半开玩笑得认为人类文明的发展就是如何更快更好的烧开水，因为人类主要的发电方式就是用各种高温装置来烧开水。