温度和摩擦压力-1/3

此注释是关于物质状态空间的。 从某种意义上讲，它比空间中的对象之间的距离空间更宽，有时也很难克服。

我想表明，即使在远离尘世的情况下，自然现象也可能是复杂且微不足道的。 他们学习的主要障碍不是宇宙距离，而是我们的想象力和直觉无法在不熟悉的条件下工作。 不仅在类地球行星的表面上可能还需要寻求生活和思想，因为它们只是宇宙多样性的一小部分。

为了理解这种多样性，可能需要人工智能-可能比火箭和航天更需要人工智能。

第1部分。pT图

看一看宇宙中的一个随机点。 为了清楚地了解其中发生的事情，必须测量许多物理参数。 其中最重要的是压力和温度。 它们确定了物质的聚集状态，因此确定了其中将发生哪些物理和化学过程。 这决定了地质，生物学等等。 通过稍微更改这两个参数，您可以获得与开始时完全不同的环境。 压力和温度是“相空间”的两个坐标。 根据每个点的条件，在这个空间中可以显示整个宇宙。

所有，当然，我没有画。 但是，有几个示例以及该图上或多或少的研究边界导致：



在温度方面，熟悉的相空间从实验室冰箱中的0.002开尔文^{[ 670 ]}扩展到O级恒星和现代热核等离子体的核中的3000万度。 上限当然是任意的。 因此，在脉冲Z形夹中，温度甚至被驱动^{[ 655 ]}十亿度。

边界之间的压力更大：将近60个数量级。

在该图的左边缘是银河系空隙（所谓空隙）的寒冷区域中的条件：〜10 ^-27个大气压，〜10度开尔文^{[ 270 ] [ 280 ]} 。 气体密度以每立方米氢原子为单位。 压力的概念似乎不适用于这种稀有物质。 那只是真空，里面有一对原子。 但是请记住，真空是一种分子平均自由程大于其（中等）大小的介质。 在此类空隙中与另一个原子碰撞之前，氢的范围约为1秒差距。 但是，空隙是数十兆秒差距。 显然，在这样的规模上，其中的氢仍必须被视为具有流体动力学，流动，声波和冲击波的连续介质。 只是所有这些都是非常大的，而且从人的角度来看，这简直太慢了。

可以根据中子星中心的条件绘制右边界。 估计其中的压力和温度可得到10 ^29个大气压和约100万开尔文。 目前尚不清楚什么条件与这些条件相对应-它仍然是中子，还是已经是夸克液体。

在这个正方形内，火星（0.00636 atm，214 K），金星（92 atm，736 K），冥王星（10 ^-5 atm，50 K），木星中心（3.6 * 10 ⁷ atm，2.3万度）的条件适合在星际介质的冷热部分（5 * 10 ^-19 atm，3 * 10 ⁶ K和1 * 10 ^{-1 5} atm，10 K）以及太阳（2.3 * 10 ¹¹ atm和1.6 * 10 ⁷ K）。

为了方便起见，我们引入了一个标尺。 当然是对数的。 图片中参数的完全差分的分数。 如果温度范围的100％是10 ¹¹倍，则此温度的1％对应于（10 ¹¹ ） ^1/100 = 1.318倍的温差。 也就是说，按照宇宙的尺度，从293 K的室温升高1％意味着加热到1.318 * 293 = 386 K或113摄氏度。 就像在洗澡一样。

根据“通用”差异的1％的压力，该比率表示（10 ⁶⁰ ） ^1/100 = 4.074倍。 像介于海平面和10公里的高度之间。

最后，我们将“正常”条件作为参考中心：1个大气压下的压力，293开氏温度下的温度，即 20摄氏度。

让我们看看离开这个中心时发生了什么以及如何变化。

方形床头柜的半径

没有辅助设备，人只能在狭窄的温度和压力范围内生存^[10] 。 在图片中，它大致由绿色椭圆和黄色矩形勾勒出-去除度为±1％。



低于+10 C，一个人会冻结。 高于+30会过热。 在低于0.5个大气压的压力下，几乎没有人可以生活和工作。 在4个大气压以上，会发生水肺潜水员熟知的氮气麻醉。

同时，地球上的现代人类栖息地更加广阔。 但是其解决的历史不是主要的领土扩张数公里，而是具有新的温度和压力的媒体的发展。 认真的步骤紧随每一步，今天被视为司空见惯。

这些技术中最古老的技术已有数万年的历史。 这是制作保暖衣服，便携式住房以及当然可以生火的能力^[110] 。 由于这种三位一体，人们超越了绿色椭圆形的下边界。 并在欧亚大陆和美国大部分地区定居，包括远北地区，格陵兰和阿拉斯加，那里的霜冻持续数周低于零。

温度高于+30摄氏度的热带地区长期居住。 但是，如果没有在人口中“种植”环境卫生和个人卫生，没有污水处理系统，供水系统，甚至没有最原始的冰箱^{[ 115 ]，}它们仍然将是非常荒凉的地方。 在图片上添加空调-在荒凉的沙漠中游览迪拜。

得益于两项技术进入工业规模，只有在20世纪才有把握地将压力控制在0.5个大气压以下：压力室的创建和生命支持系统。 所有洲际客运航空以及我们世界的文化连贯性都基于此。 确实，在任何给定时间的8-12公里高度的空中，有五百万^{[ 120 ]}名乘客在我们星球的城市之间移动。

在高压发展中，人类只是迈出了第一步。 是的，在带有压力室的实验中，人们生活在70个大气压下^{[ 130 ]} ，而潜水艇则隐藏在海洋中，深度达半公里^{[ 140 ]} 。 但这很难被认为是成熟的存在。

顺便说一下，这种扩张的回声可以^在 19世纪和20世纪的文献^{[150]，[170]，[180]，[190]中找到} 。

与人类不同，发明的动物（几乎）不是。 因此，即使在地球上，生物也被远比距离强的不同条件所分隔。 北极熊每年平均旅行3400公里^{[ 360 ]} ，但一生中再也不会遇到沙漠蝎子。 深海鱼类无法迅速繁殖到水面，在沃斯托克站地区直到人类出现数百万年之前，甚至没有微生物生命-尽管细菌无疑是被风带走了。

在完成了1％的邻里关系后，让我们退后一步，看看10％。

地球及其海洋，肠和平流层几乎适合^{[15] [ 580 ] [ 590 ]}形成10％的矩形。 在这样的规模上，适合人类的条件只是很小的斑点：



在中心右侧和上方，我们找到了机械工程的极限，该极限由橙色线绘制。 从我们已知的固体物质来看，原则上不可能建立一种宏观的，连续工作的装置，该装置可以承受压力和温度下降到该曲线的右侧和顶部。 它的锚点是：

• 室温，2.7万个大气压-马氏体时效钢[2800马氏体时效钢]的极限强度^{[ 680} ]。 但是，钻石更硬，但又很脆弱，我们不能用它建造桥梁和汽车。
• 毫无疑问，在800-1000 C的温度下，涡轮叶片的耐热合金达到了极限强度。 他们每赢得一个学位，便会提高航空发动机的效率，每帕斯卡的强度便是减轻重量并增加运输的货物。 因此，为这些参数而进行的斗争是严肃的。 在1050摄氏度时，这些合金能够承受多达4000个大气压的负荷^{[ 690 ]} 。
• 随着热量的增加，结构材料的种类变薄，迅速下降为两种：钨和石墨。 根据^{[ 700 ]} ，在3273 K时，钨仍能承受约140个大气压的张力。
• 碳化钽TaC可能是最难熔的物质之一。 它能够保持稳定至约3800摄氏度。 也就是说，如果我们确实需要创建一种在这种条件下无需冷却即可工作的机械装置，那么这仍然是可行的。 但是在4000 C下就可以了。 没有什么。

从每天的角度来看，在10％的范围内，您仍然可以找到很多乐趣：

• 在约50个大气压和约10摄氏度的温度下，您会发现液体可以漂浮在气体上（即，压缩氙气上的NaK合金^{[ 30 ]} ）。
• 如果将环境冷却到-80度，呼出的二氧化碳将冻结，雪橇将在雪中停止滑动，大多数化学反应的速度将减慢一千倍，在这种情况下用于假设寿命的溶剂可能是...甲醇。
• 在140个大气层中，二氧化碳在我们海洋的底部形成湖泊^[25] ，而高一点的甲烷与水结合并以固态包合物的形式沉淀，类似于冰^{[ 28 ]} 。
• 每个人都知道声音在空气中传播，而不是在真空中传播。 但是，如果您“从插座中缓慢拔出插头”，并从第一个滑到第二个，会发生什么？ 随着压力的下降，首先，声音从扬声器到空气的传输将恶化。 其次，空气中的吸收会增加-频率越强，频率越高^{[340]，[ 350 ]} 。 在约0.3帕斯卡（在Triton上的条件）上的某个位置，音符“ la”（440赫兹）的半衰变路径将减小至一米。 在这种情况下，几乎不可能通过空中进行声音通知，更不用说语音通信了。
• 岩石矿物在过热的水蒸气中溶解得很好。 而这恰恰是溶解，而不是化学反应。 因此，在2000 K和2000个大气压下，蒸汽中石英SiO ₂的平衡含量约为2.2％（根据[ 710 ]）； 氧化铁FeO和铝Al ₂ O ₃的溶解度大致相同。 在充满水蒸气的炎热星球上，所有这些矿物质在我们的条件下将以与水相同的方式被风携带。
• 随着强烈的压降，金属开始“游动”，从工程意义上讲逐渐变为固体：铝在400-500个大气压下，钢在2.5万^{[ 680 ]}大气压下，玄武岩在1-3大气压^{[ 90 ]} 。 这样的压力是在4至12公里的深度产生的，实际上，这决定了从地壳到地幔过渡的开始。 因此，深得多的岩石（以千米为单位）有时更容易描述为粘性液体，而不是固体。 更深入地讲，您必须忘记固体的“不可压缩性”。 因此，在350 GPa压力下-地球中心-铜的压缩量为1.7倍^[60] ，铝的压缩量为2.2，铅^[70] -的压缩量为2.4。
• 在氦的三重点（2.177 K，5043 Pa）的左侧和下方，世界上消失了液体。 所有物质变成固体或气体。 没错，这一点仍然不适合我们的图表，但是我使用了氢气（18.84 K，7040 Pa）。 左侧和下方的液体是单位。

^{[本文是为网站https://geektimes.ru/撰写的。 复制时，请参考原件。 本文的作者是Evgeny Bobukh。 您可以在个人资料中指定的地址为作者提供加密货币支持。]}

最后，看一下氢相图^{[ 100 ]} ：



宇宙中最简单的物质之一根据温度和压力显示至少八个不同的状态。 即使是一个仅被氢愚蠢填充的空间，也可能已经是八个完全不同的世界！ 那么关于更复杂的物质状态多样性我们能说什么呢？

现在关于文学和艺术

使用[ 380 ]，[ 390 ]，[ 400 ]的评分，我整理了数百种西方，苏联和俄罗斯科幻作品的名称。 向他们添加了亲自阅读的书籍。 我过滤掉了，只留下了我清楚记得的那些东西，至少在一集中发生在地球之外的动作，并且可以估计至少场景中温度和压力的数量级。

并将它们放在pT图上：



她的仔细检查使您可以进行以下观察：

1.中心附近一个油腻的蓝点是其工作的53％，其作用是在一种大气压和室温下进行的，精确到天气。 Saraksh，Pyrrhus，Dune，Tormans，Leonida，Entsia，Stepyanka，Arkanar-所有这些外星世界实际上代表着地球，仅代表了地球。 提醒您，我们正在谈论太空小说。

2.几乎与这组占11％的书籍合并，在那组作者决定偏离尘世的环境百分之一。 假设Strugatsky的“深红色云国家”在90°C以下的温度和约1.1个大气压的压力下，Heinlein的天空中的农夫（天空中的农夫）（大约0.5 atm和220 K）或Asimov精心输入了压力在“婴儿在陷阱”（Sucker的诱饵）中的1.05大气中。

3.另有11％的故事是在“无空气的空间”中发展的。 但是这种发展并不取决于环境压力是10 ^-5还是10 ^-20个大气压（顺便说一下，这就是问题所在：如何借助“石头和木棍”将彼此区分开？）因为作者和故事都没有说出区别不，我将所有这些工作归因于相同的月球压力10 ^{-1 5个}大气压，并且在没有提及温度的情况下，其房间值为293K。

4.大约25％的书籍包含情节，其中尘世和月相中至少有一个参数被删除。 例如Clifford Simak，“城市”（Clifford Simak，城市），有关木星的章节； 鲍里斯·斯特恩（Boris Stern），“世界边缘的突破”； Strugatsky，“通往Amalthea的道路”； Vernor Winge，“天空中的深度”； 谢尔盖·帕夫洛夫（Sergey Pavlov），《月光彩虹》。

5.书籍，其中大部分动作同时发展，远离地温和压力，而重要的是单位。 其中包括：

• Hal Clement，接近临界
• 火星人安迪·威尔
• Georgy Gurevich，“对天顶的邀请”
• 亚历山大·贝尔亚耶夫（Alexander Belyaev），航空卖家
• 罗伯特·海因莱因（Robert Heinlein），“我有一件太空服-准备旅行”，关于冥王星的章节
• 拉里·尼文（Larry Niven）和杰里·普诺尔（Jerry Pournelle），《上帝眼中的尘埃》。 粗略估计了外星飞船被拦截的恒星中的状况。 如您所见，我什至算了这么小的情节。

这仅占小说“空间”的百分之几，通常占小说的百分之一。 这个群体的作品通常以低劣的艺术价值而著称，正如我们将看到的那样，它具有非常合理的解释。

6.我所熟悉的任何一件作品都没有超出正常条件的±25％。

乍看之下，即使只有1％的书本拥有不寻常的环境，也不是一个坏数字。 但是，应更广泛地看待这个问题。 假设有人许诺列出该城市的景点。 经过大量工作，她准备了一个文档。 其中64％专门用于作者公寓的功能，11％专门用于他的房屋的屋顶，并且只有5％的笔记以“现在让我们看下一条街道...”开头，这可能是一个很棒的清单，它可以是宏伟而丰富的。 但是很明显，由于覆盖范围极其不均匀，该列表中几乎没有包含该城市的有趣信息。 a，这同样是现代科幻小说的封面：“正常状态”附近有很多要点，它们之外的孤立命中以及远离它们的广阔原始空间。

他们现在将反对我，并正确地指出，良好的科幻小说的美德不在描述Betelgeuse肠子中的物理现象时。

没错 这些作者的一个主要优点主要在于研究面对不可思议和不可理解的人类行为。 在创造伟大的故事。 期待技术和人类发展的分析。 在发明奇特而令人惊讶的想法以至于它们的非标准性已经是一种普遍认可的价值。 Lem，Dick，Strugatsky和Bradbury的思想实验，即使是在一个大气压和纯室温下进行的，有时也使我们对人类的了解不亚于在设备完善的实验室中进行的研究。 科幻小说不是物理学。 不需要她写新的温度和压力。 顺便说一句，在60年代的苏联，他们试图以某种方式强迫。 恐怖发生了。 我的架子上有一个样品。 如此疯狂以至于你不能丢掉它。

这一切都是真的。

但是，科幻小说的确是真实的，即使是大约50年前，科幻小说也曾将人们带入太空，而今天，它却掉到了最后一辆汽车上！ 物理现实的火车已经离开，她没有意识到这一点，却继续在冰冷的平台上幻想着一个东西。 而且这种差距每年都在增加。

像工程学和人类生理学一样，小说似乎也有自己的“栖息地”。 可以在pT图上绘制。 而且他有自己的界限。

延续性