科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

最近天氣反覆無常,又有些降溫了,說到降溫我就想到一個問題:宇宙的最低溫度和最高溫度,分別可以達到多少?

科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

首先我們來說說宇宙的最高溫度,宇宙的最高溫度是多少呢?達到溫度上限的時候又會發生什麼事情呢?

人類目前接收的主要能量其實都是來自於太陽,而太陽的內部核心溫度大約是1500萬度,這是因為太陽內部的氫聚變成氦。

不少人都認為太陽的高溫是接近宇宙的極限,但事實上在恆星之中,太陽的溫度已經是非常低的了。

科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

根據科學家的計算,古老的大質量恆星,在超新星爆發的前期,它的溫度可以達到60億度。而令人意外的是,就連人類的科技,都可以製造出遠遠超過恆星內部的高熱火球。

歐洲核子研究組織的科學家,曾經使用大型強子對撞機,將兩束鉛原子加速到接近光速,並且進行了對撞。他們成功地製造出了一個高度炙熱和稠密的亞原子爆炸,溫度超過了5萬億度。

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科學家認為,在如此高溫之下,不但原子本身會被分解,就連構成原子核的質子和中子都會融化,生成一種由更小、更微小的基本粒子,夸克和膠子構成的不穩定狀態,被稱為夸克膠子等離子體。

這一奇特的狀態也存在於宇宙大爆炸發生後的20—30微秒,科學家期望可以複製出這種狀,以便來分析宇宙大爆炸時物質誕生的過程。

在宇宙的歷史當中,真正最熱的那一刻,就是有宇宙大爆炸造成的。

科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

科學家計算出,在宇宙誕生的最早期階段,宇宙由一個密度無限大的奇異點組成,當時的四種基本力,包括電磁力、萬有引力、強相互作用和弱相互作用力,全部都統合在一起,所有原子核物質都未曾存在,這一時期被稱為普朗克時期。

當時宇宙的一起都只是高熱和密集的能量,這是一個難以想象的混沌空間,在這樣的環境下,現存的所有物理定律都不會適用。

科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

那裡的溫度有可能超過10的32次方攝氏度,這就是宇宙可以達到的最高溫度,也被稱為普朗克溫度。

普朗克溫度所維持的時間非常短暫,只是10的43次方分之1秒,之後宇宙就開始降溫。

空間快速膨脹,接著基本粒子和物質也相繼出現,形成我們現在看到的世界。

說完最高溫度,我們再來說說最低溫度,這個想必大家都很清楚,最低溫度就是絕對零度,也就是零下273.15攝氏度。

科普:宇宙的最高溫度和絕對零度是怎麼一回事兒

那麼為什麼是這樣一個溫度呢?原因很簡單,因為物體產生溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感覺到一個物體比較熱的時候,就意味著它的原子在快速的運動。反之,我們感覺一個物體比較涼的時候,則是因為其內部的原子運動速度變慢了。

根據原子運動的知識我們知道,如果到達了絕對零度的時候,那麼原子的運動就會完全停止。那也就是說我們能夠精確地測出粒子的速度,可是1890年普朗克引入的普朗克常數,已經說明了這絕對是不可能的。

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這兩者相互違背,那就只能說明,我們理論上可以推斷出來,絕對零度是無法達到的。

或者我們也可以從理想氣體方程裡面得出來,如果溫度達到絕對零度的話,氣體的體積會變成零,這很明顯是不可能的。

所以通過理論推導,我們雖然無法達到,但是我們可以確定這個溫度就是宇宙的最低溫度。絕對零度無法達到,只能無窮接近。


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