解读宇宙中的极限温度,创造出这个温度,就能创造全新的宇宙!
温度的变化,四季的更替,一直都在我们身边不停地上演着,温度的高低对我们的日常生活也有很大影响。不过在地球这个狭小的范围内,温度的变化其实是很有限的。地球表面的最低温大约在零下70度左右,而表面的极端高温环境也只有大约50度左右。
不过一旦离开地球,来到浩瀚的外太空,我们就能感受到温度的巨大差异,尤其是能感受到异常的高温环境,而相对来讲,低温环境则不会那么让人诧异。
先来了解一下低温环境。很多人都知道宇宙中存在温度的低温极限,那就是绝对零度,零下273.15度,这是理论上的温度最低值,不可能有任何温度比绝对零度更低。
为什么绝对零度是温度最低值?
温度,是衡量物体冷热程度的物理量,不过这只是宏观上的定义,从微观层面来讲,我们能更加深刻地了解到温度的本质。
万物都是由基本的粒子组成的,而微观粒子一直在做没有规律的热运动,我们很难准确地描述出单个粒子的运动状态,所以只能从微观上统计大量微观粒子的运动状态,利用的是统计学知识。
微观粒子运动得越剧烈,表现出来的温度就越高。也就是说,温度其实体现的是大量微观粒子的平均动能。那么,当粒子的平均动力达到最低时,就是宇宙的最低温,绝对零度。
纯理论来讲,当微观粒子静止时,就是理论上的最低值。不过这个极限最低值是不可能出现的,因为微观粒子不可能处于绝对静止的状态。
根据量子力学不确定性原理,微观粒子的位置和速度具有不确定性关系,两者的不确定性乘积必须不小于一个常数,虽然这个常数很小,但总是比零大。这就意味着微观粒子的速度不可能为零,否则就违背了量子力学不确定性原理。
那么,宇宙中是否存在最高温呢?
在很多人的固有印象里,极限高温并不存在,总会存在更高的温度。事实上并非如此,宇宙中的高温并不能无限高,而是有一个最高极限值,那就是普朗克温度,大约1.4亿亿亿亿度。
普朗克温度与光速,普朗克常数,普朗克质量,引力常数和玻尔兹曼常数有关,是综合这几个常数一起计算出来的。
那么,该如何通俗理解普朗克温度呢?为什么普朗克温度是宇宙极限高温呢?
物质常见的形态有三种,分别是固态,液态和气态,组成物体的微观粒子运动越剧烈,物体就更倾向于朝着气态反向发展。
所以,通常情况下,只要我们跟固体物体不停地加热,固体就会变成液态,然后是气体。如果持续对气体物质一直加热会出现什么现象呢?
结果就是,原子外围的电子会摆脱原子的束缚,最终成为自由电子,于是就会出现物体的第四种形态:等离子态。太阳的最核心就是这样的形态,各种基本粒子到处乱窜,就像一锅粒子汤一样。
太阳核心温度很高,能达到1500万度,但这个温度仍旧无法与普朗克温度相比。
如果让等离子体物质不停地升温,不停地向其输入能量,结果会怎样呢?
随着温度的升高,物体将变得很难操控。不过科学家可以通过在大型粒子对撞机中见证这种现象,让两个微观粒子以非常接近光速的速度发生碰撞,碰撞瞬间释放出极强能量,可以创造出上万亿度的高温环境。
不过,我们也不用担心这么高的温度会对周围的环境造成影响,因为整个过程持续的时间非常短,同时碰撞瞬间达到的温度也只是局部的温度,也只是根据微观粒子的速度和质量计算出来的温度。
利用这种方式,科学家们甚至能创造出4万亿的高温环境,不过即便这个温度在普朗克温度面前仍旧是小儿科。
因为普朗克温度完全是大自然力量的体现,它是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间之后的温度,这是大自然创造的温度,人类的力量在大自然面前还是太渺小了。
宇宙大爆炸发生不到一个普朗克时间的温度或许会高于普朗克温度,但即便存在,这个温度对于我们来讲也是没有意义的,因为普朗克时间是有意义的最小时间单位,小于普朗克时间的单位就没有任何意义了。
也就是说,理论上讲,如果你能创造出普朗克温度,意味着你就能创造出一个新的宇宙。普朗克温度在宇宙中只出现了一次,那就是宇宙诞生的瞬间!
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