溫度時(shí)時(shí)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(duì)零度。當(dāng)然,根據(jù)熱力學(xué)定律,這個(gè)溫度是達(dá)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(gè)問題。
溫度
要搞清楚這個(gè)問題之前,我們得先搞清楚_溫度到底是什么?
實(shí)際上,關(guān)于溫度的定義有很多。但是,人類對(duì)于熱現(xiàn)象的微觀理解直接促進(jìn)了熱力學(xué)的發(fā)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(yùn)動(dòng)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(gòu)成的,但是粒子并不是整齊劃一地排排隊(duì)。實(shí)際上,粒子是時(shí)刻都在動(dòng)。
這一動(dòng),就有快又慢。不過我們不可能一個(gè)個(gè)粒子去看,更沒辦法一個(gè)個(gè)去測(cè)量。不過,我們可以采用統(tǒng)計(jì)的方法。也就是說,從整體上看粒子的平均動(dòng)能。平均動(dòng)能越大,說明溫度就越高;平均動(dòng)能越慢,說明溫度越低。
這里補(bǔ)充一點(diǎn),很多所說太空中是絕對(duì)零度的,這句話是有問題的。首先,溫度要體現(xiàn)出來的前提是有足夠的粒子數(shù)。而宇宙空間是十分空曠的,平均密度不到一立方米一個(gè)氫原子的水平。因此,太空實(shí)際上并不能夠顯現(xiàn)溫度。其次,太空也不是絕對(duì)零度,而是2.7K,比絕對(duì)零度高2度,至于為什么,我們下文會(huì)說到。
最低溫度
知道了最低溫度,我們?cè)賮砜纯醋畹蜏囟攘阆?73.15度是咋來的?
上文也說到了,從微觀視角上看,溫度的本質(zhì)是粒子的熱運(yùn)動(dòng)。所以,其實(shí)我們很容易得出,當(dāng)分子的平均動(dòng)能最低時(shí),所對(duì)應(yīng)的就是絕對(duì)零度。
照理說,應(yīng)該就是粒子一動(dòng)不動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。不過,事實(shí)并非如此。描述微觀粒子的理論是量子力學(xué),就是下圖里的這群大佬共同努力搞出來。
而在量子力學(xué)當(dāng)中有一條基礎(chǔ)理論叫做_不確定性原理,是由科學(xué)家海森堡提出來的。
這個(gè)理論的意思是說,粒子的位置信息和動(dòng)量信息是不可能同時(shí)被測(cè)得的,而且當(dāng)你測(cè)到了她的位置信息時(shí),動(dòng)量信息就測(cè)不準(zhǔn)了,反之亦然。這是因?yàn)橛^測(cè)本身都會(huì)影響到粒子。
所以,根據(jù)不確定性原理,這些粒子在絕對(duì)零度時(shí),并非是完全不動(dòng)的,而是在一定范圍內(nèi)振動(dòng)。而此時(shí)的溫度根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算,就是零下273.15度。不過,按照熱力學(xué)定律,絕對(duì)零度是達(dá)不到的,當(dāng)然,科學(xué)家是不可能被理論所阻擾的??茖W(xué)家一直在試圖在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)絕對(duì)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??陀^地說,我們是不知道溫度有沒有上限的。因?yàn)槲覀儾恢赖氖虑槠鋵?shí)還有很多。我們現(xiàn)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(gè)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(diǎn)"大爆炸。
按照目前的理論,我們無法描述“奇點(diǎn)”的物理學(xué)。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(shí)際上非常高,隨著空間的膨脹,溫度逐漸下降,持續(xù)至今,溫度降到了2.7K,也就是比絕對(duì)零度高了2.7度。(所以,太空的真實(shí)溫度是2.7K,而不是絕對(duì)零度,但由于粒子數(shù)太少,很難顯現(xiàn)出這個(gè)溫度。)
根據(jù)這個(gè)認(rèn)知,我們這個(gè)宇宙的最高溫度實(shí)際上就是宇宙大爆炸的一刻的溫度。那這個(gè)溫度是多少呢?
科學(xué)家通過理論計(jì)算也得到的結(jié)果是_1.4*10^32K。也就是1.4億億億億度。
這里要補(bǔ)充一點(diǎn),這個(gè)宇宙大爆炸的第一刻是有說法的。根據(jù)量子力學(xué),我們所知道的其實(shí)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(shí)間跨度,也被我們稱為_普朗克時(shí)間,因此,這個(gè)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(shí)并不知道在普朗克時(shí)間以內(nèi)發(fā)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(guān)于溫度的下限值和上限值,我們就說到這里。