宇宙最高温达到1.4亿亿亿亿度,为何最低温只有-273度?
温度有高有低,我们在日常生活中都能感受到这点。大部分人应该都知道宇宙中存在最低温,那就是绝对零度,-273.15度。
那么,宇宙中存在最高温度吗?
很多人可能以为并不存在最高温,最高温是没有上限的。事实上并非如此,我们的世界不仅存在最低温,也存在最高温。
最高温被称为普朗克温度,大约1.4乘以10的32次方K,也就是1.4亿亿亿亿度。宇宙为何存在温度上限?普朗克温度又是怎么一回事呢?
说到普朗克温度,不得不提宇宙大爆炸。
按照宇宙大爆炸理论的诠释,138亿年前的奇点突然膨胀形成了我们的宇宙。我们的物理学无法诠释奇点这个奇异的东西,只能推测它的存在,所有物理定律在奇点都失效了。
宇宙大爆炸发生之后,时间和空间也产生了。不过时间(空间也是)并不是连续的,存在着最小的时间单位,普朗克时间,非常短的时间,大约5.39^-44s,你无法想象这个时间有多短。
而普朗克温度,就是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间时的温度,这个温度是宇宙中最高的温度。计算公式如下:
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有人可能会说,如果时间更短,是不是意味着温度会更高呢?
那只是我们的一厢情愿。因为普朗克时间是有意义的最小时间单位,任何小于普朗克时间的单位都没有意义,而普朗克温度对应的就是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度,所以不存在比普朗克温度更高的温度。
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自从宇宙大爆炸发生后,宇宙就一直在慢慢冷却,但无论如何冷却,都不会低于绝对零度。目前科学家测量到的宇宙最低温为2.7K,仅比绝对零度高了2.7度而已,这个温度是宇宙膨胀至今的余温,也被称为“宇宙微波背景辐射”。
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了解完了最高温,最低温绝对零度是怎么来的呢?
我们都知道,温度的本质其实就是微观粒子运动的剧烈程度,越是剧烈,温度就越高,反之温度就越低。
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绝对温度是粒子动能低到量子力学最低点时物体的温度,绝对零度仅存在理论上,实际上是不存在的。
为何绝对零度与量子力学有关?
这是因为,根据量子力学的不确定性,微观粒子不存在绝对的静止,我们不能同时确定粒子的位置和速度。也就是说,粒子的位置越确定,它的速度就越不确定。反之,速度越确定,速度就越不确定。
位置和速度的不确定性满足一个公式:
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不确定性是微观粒子的基本属性。如果粒子完全静止了,意味着粒子的位置确定了,不确定性就是零,就不满足上面的公式了,违反了量子力学!
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