03.03 宇宙中最高的溫度能達到多少?目前最高的溫度是多少?

講科學堂


關於這個問題,首先要知道溫度究竟是怎麼回事。從化學上來看,原子、離子和分子是物體的基本組成。組成物體的粒子的熱運動是物體產生溫度的根本原因,所以溫度的高低表示了粒子熱運動的平均動能的大小。如果粒子熱運動的平均動能越大,即粒子的熱運動越劇烈,則溫度也越高。可見,粒子的平均動能決定著溫度的高低。

由於不確定性原理,粒子的熱運動不可能會完全停止下來,所以溫度有一個下限,那就是絕對零度,它被定義為0 K,或者相當於-273.15 ℃。再根據狹義相對論,組成物體的粒子的運動速度不可能達到光速,所以溫度有一個上限,那就是普朗克溫度,其大小約為1.4×10^32 K。或者根據黑體輻射理論和物理學的基本長度,物體輻射出的電磁波的波長只能大於等於普朗克長度,所以普朗克溫度是溫度的上限。

目前的理論認為,只有在宇宙大爆炸的普朗克時間(5.4×10^-44秒),溫度才有達到過普朗克溫度。目前在宇宙中已知最高溫度是在雙中子星合併過程中產生的,溫度為3500億度。而人類製造的最高溫度比這還高,大型強子對撞機把高速運動的質子和原子核相撞,產生的最高溫度可達10萬億度。


火星一號


宇宙形成後10負36次方秒,宇宙溫度達到10000億億億℃,而人類觀測到的最高溫度是伽馬射線爆,幾分鐘釋放的能量可以達到太陽1萬億年釋放的能量總和。

目前通過觀測宇宙,認為宇宙最初形成於同一處,星系紅移和宇宙微波背景的觀測,讓我們知道宇宙在不斷擴張和逐漸冷卻,也可以推測出各星系在最初時距離比較近,因此推斷所有星系都有一個共同起源。試想一下將現在930億光年直徑的宇宙,壓縮在一個很小的地方,密度趨近於無限,引力作用產生的能量也是非常非常龐大的,溫度也就非常高。具體有多高說不清,大概比人類所能觀測到的高得多的多。

伽馬射線爆是超大質量恆星坍塌碰撞、中子星碰撞或者黑洞融合的時候,因為巨大的質量損失轉化來的能量,是宇宙中最劇烈的爆炸。通常只能持續很短的時間,也有發現能持續數小時的。幾分鐘釋放的能量可以達到太陽1萬億年釋放的能量總和,溫度也就異常之高,噴發出的能量掃過的地方,沒有生命可以存在。但是它們又為新恆星的形成提供了契機,被噴射出的物質能量散佈在宇宙空間,逐漸凝聚又形成恆星。

具體溫度有多高不好說,但僅從人類觀測的結果來說,短短几秒釋放一萬億年太陽釋放的能量綜合,順便提一下太陽壽命也才只有百十億年,溫度可以達到1萬億攝氏度以上,甚至高到難以想象。


來看世界呀


熱力學溫標裡面,溫度的理論下限是“絕對零度”,理論上限叫做“絕對熱”(absolute hot),與絕對零度相對應。

在當代物理宇宙學理論下,可能的最高溫度是普朗克溫度,其值為1.416785(71)×10^32K。

【有絕對零度(absolute zero),也有絕對熱(absolute hot)】

該如何理解普朗克溫度?可以從兩個方面去理解:

一、宇宙大爆炸之後,經過了普朗克時間(5.39 × 10^−44s)後,宇宙的溫度。在小於普朗克時間的尺度裡,我們的物理理論失效,雖然那時候宇宙可能更熱,但超越我們的認知極限了。

二、如果一個物體達到普朗克溫度,它將發出對應於普朗克長度(1.616255(18)×10^−35 m)波長的黑體輻射。如果溫度更高,它將發出比普朗克長度更低波長的黑體輻射,我們缺乏相應的理論,失效again。

【越高的溫度所對應的的黑體輻射波長峰值越小。】

----華麗分割,以上理論,以下現實----

普朗克溫度只是一個根據量綱分析得來的理論溫度,並沒有什麼現實意義。迴歸現實,還是要看看我們現實宇宙中的物質能夠被加熱到什麼樣的溫度。

20世紀60年代,在歐洲核子研究委員會(CERN)工作的哈格多恩提出,在溫度超級高的情況下,強子都將“熔化”(melt),所有我們熟悉的由強子組成的物質都將變成一碗“夸克湯”,經過計算,這個溫度大約在2×10^12K,因此被稱為“哈格多恩溫度”。哈格多恩認為,處於哈格多恩溫度下的系統可以容納儘可能多的能量,因為形成的夸克提供了新的自由度,繼續增加能量將只會增加熵,而不是溫度,因此哈格多恩溫度將是一個無法通過的絕對高溫。

【德國物理學家哈格多恩】

也有反對者認為,夸克物質也可以被進一步加熱。

這個分歧已經可以用實驗來驗證了,10^12K溫度級別對現代的人類來說,已經不是難事。這種夸克物質已經在歐洲核子研究中心的SPS和LHC,以及美國布魯克海文國家實驗室的RHIC的重離子碰撞中被發現。

在弦論中,也引入了這個“哈格多恩溫度”,它被定義為讓宇宙最基本的單元:弦所發生相變所需的溫度。這個溫度非常高,在10^30K級別,只比普朗克溫度少了兩個數量級,人類目前只能望塵莫及了。

近年來,又有人提出,在量子熱力學中,某些系統可以達到“負溫度”。

其實,“負溫度”的系統比任何正溫度的系統都要熱。如果負溫系統和正溫系統接觸,熱量將從負溫系統流向正溫系統。這不是矛盾了嗎?明明是負,怎麼會比正的還熱呢?

為了解決這一矛盾,科學家創造出了“冷度”這個物理量,為溫度和玻爾茲曼常數乘積的倒數,從而解決了這一矛盾。溫度為正的系統,熵值隨著能量的增加而增加,溫度為負的系統,熵值隨著能量的增加而減少。所以,負溫度是為了解釋一些量子現象而引入的概念,在非量子體系下沒有意義。

如上圖,綠色為攝氏溫度,紅色為華氏溫度,藍色是開氏溫度,黑色就是“冷度”,單位為“吉比特/納焦耳”。這裡的開氏溫度以絕對零度為0,而以無限溫度(可能是普朗克溫度)為1,則越過了中間高點以後,再“高”的溫度其實是“負溫度。”


魯超


自古以來,人們一直對滿天的星星非常著迷。然而,大家知道這些明亮的星星是從何時開始,它們一共有多少個呢?

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任一禾


不知道,人類有理論上限,但人類才認知多少,那種說法看起來就是自嗨,一點也不靠譜。

就拿元素來說,金元素的形成,需要超巨恆星死亡時候壓縮爆炸,溫度在千億度以上。

金元素又不是最高的元素,下面元素的形成只能更高,至於多高,我不知道。

你也知道鍊金術是扯淡的玩意,鐵元素形成,太陽這種恆星死亡爆炸能形成最終物質,溫度大約一億度。

把鐵元素或者更小的硅元素變成金元素,局部需要幾千億度的高溫,還需要超巨恆星爆炸時候的力,比黑洞的引力還大。


亦路514


沒有證據的推測我都視為無效,憑我們人類掌握的知識還不能說明什麼,太陽系的東西都還有一堆問題沒有說清楚,就越級說宇宙的事了,說了就像是夢話。


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