我們生活中常說一個物體的溫度高低是用冷熱來描述的,然而我們很少接觸到極寒或極熱的環(huán)境。在我們生活中,通常定義標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的凝固點(diǎn)為0攝氏度,水的沸點(diǎn)為100攝氏度。你可能會認(rèn)為水之所以冷,是因?yàn)樗臏囟雀咏?。在中學(xué)課本上,我們完全不知道溫度代表的真實(shí)宇宙規(guī)律是什么,只知道溫度是反映了一個物體的冷熱程度! 其實(shí)溫度的本質(zhì)代表的是微觀物質(zhì)運(yùn)動的劇烈程度。我們知道,所有的物體都是由最基本的分子,原子構(gòu)成的。而這些粒子無時(shí)無刻都處于運(yùn)動中的,既然它們都在運(yùn)動,那么就有運(yùn)動的劇烈程度之分!微觀粒子運(yùn)動地越劇烈在宏觀上就體現(xiàn)出溫度越高。 ![]() 與其說宇宙中的最低和最高溫度是多少?還不如說微觀粒子運(yùn)動的劇烈程度的最低和最高極限是多少? 以電子繞原子核運(yùn)動為例,電子的運(yùn)動可以有很大的動能,也可以有很小的動能。當(dāng)電子達(dá)到量子力學(xué)的動能下限時(shí),那么這時(shí)候的原子就不會向外輻射能量了。當(dāng)一個物體內(nèi)的所有原子,分子都處于量子力學(xué)的最低動能時(shí),那么它們就好似靜止了,運(yùn)動的劇烈程度降低到極限,那么溫度就達(dá)到了真正意義上的絕對零度,也就是-273.15℃,這時(shí)候的物體不會發(fā)出任何電磁輻射,因?yàn)樗呀?jīng)沒有一絲絲的能量往外界釋放了。但是絕對零度只是量子理論預(yù)算出的結(jié)果,在宇宙空間中,還沒有真正意義上的絕對零度物體! ![]() 既然我們知道絕對零度的真正物理意義,那么宇宙中的最高溫度也就可以得出來了。如果構(gòu)成一個物體的所有微觀粒子都特別劇烈的運(yùn)動起來,那么這個物體的溫度可以變得異常的高。而根據(jù)相對論,任何物質(zhì)的運(yùn)動的速度都不能超越光速,包括宏觀的星體和微觀的原子,電子等。那么我們可以設(shè)想一個物體內(nèi)部的所有粒子都接近光速做劇烈的運(yùn)動,那么這個時(shí)候的溫度,就是宇宙中最高的溫度,這也就是傳說中的普朗克溫度,大概是?1.416833(85)×10^32 K,大約為1億億億億攝氏度。太陽的中心溫度才不過2000萬攝氏度,人造太陽也是人類能創(chuàng)造出的最高溫度也不過1億攝氏度。這些溫度和普朗克溫度相比,簡直差了幾十個數(shù)量級。宇宙中沒有比普朗克溫度還高的溫度了,因?yàn)樵俑叩臏囟染鸵馕吨⒂^粒子突破光速運(yùn)動了,顯然這是不符合相對論的! 現(xiàn)在的宇宙不僅在加速膨脹而且還在加速降溫,所以目前的宇宙中沒有任何地方可以達(dá)到普朗克溫度。但宇宙中確實(shí)存在過極其短暫的普朗克溫度,那便是在奇點(diǎn)大爆炸的第一個瞬間。因?yàn)樵谟钪娲蟊ㄖ?,沒有物質(zhì),沒有時(shí)間,更沒有溫度。 ![]() 138億年前,宇宙中突然有一個奇點(diǎn)爆炸,才瞬間炸出了世間會所有的物質(zhì)。那么在爆炸的第一個瞬間,物質(zhì)的運(yùn)動就無限接近光速,所以溫度達(dá)到了普朗克溫度,隨后的空間還在不斷加速膨脹,導(dǎo)致溫度加速下降。直到現(xiàn)在,宇宙的平均溫度還在下降! 以上圖片來源網(wǎng)絡(luò) |
|