溫度時時刻刻影響著我們的生活,我們都知道宇宙中的最低溫度是零下273.15度,這也被稱為絕對零度。當然,根據熱力學定律,這個溫度是達不到的。那宇宙中的最高溫度是多少呢?
今天,我們就來聊一聊這個問題。
溫度
要搞清楚這個問題之前,我們得先搞清楚_溫度到底是什么?
實際上,關于溫度的定義有很多。但是,人類對于熱現象的微觀理解直接促進了熱力學的發展。因此,我們這里就聊一聊_從微觀視角來看,熱(溫度)到底是什么?
具體的定義是這樣的_
物體分子熱運動的劇烈程度。
那該如何理解呢?
我們都知道,萬物都是由微觀粒子構成的,但是粒子并不是整齊劃一地排排隊。實際上,粒子是時刻都在動。
這一動,就有快又慢。不過我們不可能一個個粒子去看,更沒辦法一個個去測量。不過,我們可以采用統計的方法。也就是說,從整體上看粒子的平均動能。平均動能越大,說明溫度就越高;平均動能越慢,說明溫度越低。
這里補充一點,很多所說太空中是絕對零度的,這句話是有問題的。首先,溫度要體現出來的前提是有足夠的粒子數。而宇宙空間是十分空曠的,平均密度不到一立方米一個氫原子的水平。因此,太空實際上并不能夠顯現溫度。其次,太空也不是絕對零度,而是2.7K,比絕對零度高2度,至于為什么,我們下文會說到。
最低溫度
知道了最低溫度,我們再來看看最低溫度零下273.15度是咋來的?
上文也說到了,從微觀視角上看,溫度的本質是粒子的熱運動。所以,其實我們很容易得出,當分子的平均動能最低時,所對應的就是絕對零度。
照理說,應該就是粒子一動不動時所對應的溫度。不過,事實并非如此。描述微觀粒子的理論是量子力學,就是下圖里的這群大佬共同努力搞出來。
而在量子力學當中有一條基礎理論叫做_不確定性原理,是由科學家海森堡提出來的。
這個理論的意思是說,粒子的位置信息和動量信息是不可能同時被測得的,而且當你測到了她的位置信息時,動量信息就測不準了,反之亦然。這是因為觀測本身都會影響到粒子。
所以,根據不確定性原理,這些粒子在絕對零度時,并非是完全不動的,而是在一定范圍內振動。而此時的溫度根據理論進行計算,就是零下273.15度。不過,按照熱力學定律,絕對零度是達不到的,當然,科學家是不可能被理論所阻擾的。科學家一直在試圖在實驗室實現絕對零度,但至今也沒有成功。
最高溫度
說了完最低溫度,我們來說說最高溫度。客觀地說,我們是不知道溫度有沒有上限的。因為我們不知道的事情其實還有很多。我們現在只能說,按照目前的理論,我知道從宇宙誕生之初至今的最高溫度是多少。那這個溫度是多少呢?
這要從宇宙大爆炸說起,話說我們的宇宙起源于138億年前的一次“奇點"大爆炸。
按照目前的理論,我們無法描述“奇點”的物理學。我們所知道的事情都是大爆炸之后的事情。而大爆炸之后,宇宙的空間開始劇烈地膨脹。
宇宙初期的溫度實際上非常高,隨著空間的膨脹,溫度逐漸下降,持續至今,溫度降到了2.7K,也就是比絕對零度高了2.7度。(所以,太空的真實溫度是2.7K,而不是絕對零度,但由于粒子數太少,很難顯現出這個溫度。)
根據這個認知,我們這個宇宙的最高溫度實際上就是宇宙大爆炸的一刻的溫度。那這個溫度是多少呢?
科學家通過理論計算也得到的結果是_1.4*10^32K。也就是1.4億億億億度。
這里要補充一點,這個宇宙大爆炸的第一刻是有說法的。根據量子力學,我們所知道的其實是宇宙大爆炸之后10^-43秒的溫度,這是10^-43秒是我們目前已知的最小的時間跨度,也被我們稱為_普朗克時間,因此,這個1.4億億億億度也被我們稱為普朗克溫度。那么問題來了,我們其實并不知道在普朗克時間以內發生了什么,溫度是多少。
因此,普朗克溫度只能說是按照目前的理論,我們所知道的溫度上限值。
好了,關于溫度的下限值和上限值,我們就說到這里。