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為什麽溫度最低只有零下273度,最高卻能達到14億億億億度?

2024-10-03科學

【綜述】

太陽靠內核的核融合反應,持續向宇宙釋放光和熱呢,並且地球一直以太陽為中心做公轉運動呀,這樣一來,地球上就有了一年四季的變換以及冷熱的交替啦。

咱作為地球那好幾億生物裏的一份子呀,對溫度的高低那可是有著最直接的感受呢。就像冬天冷到極致的時候,東北地區的氣溫能降到零下 20℃左右呢;夏天熱到頂的時候,南方地區的溫度差不多能到 40℃呢。

從溫度的極限角度來講,這只是個極小的溫度區間啦。科學研究表明,最低溫度也就是絕對零度為-273.15℃,而最高溫度竟然達到了 1.4 億億億億℃呢。

看起來,最低溫度沒那麽低呀,可最高溫度卻達到了一個讓人驚訝的數位,這到底是咋回事呢?

【溫度的本質】

要搞清楚這個事兒呢,首先得清楚溫度的本質到底是啥。

愛因史坦在他的狹義相對論裏提出了那很有名的「時慢尺縮效應」理論哈。在這個理論當中呢,他把時間和物質運動之間的關系給闡釋清楚啦。簡單點說就是,一個物體的運動速度要是越快,那它經歷的時間就越短哦。

其實呢,不光時間跟物質的運動有著很大的關聯,實際上溫度的產生也是因為物質的運動呀。這就意味著,溫度的本質其實就是物質的運動呢,像「摩擦生熱」就是個特別典型的例子啦。

咱都明白,世間萬物都是由那些微小的粒子構成的唄。這麽一來,從微觀的角度去看呀,溫度所反映的其實就是那些粒子熱運動的劇烈程度啦。

當粒子熱運動速度變快啦,物質的溫度就會比較高嘞;要是粒子熱運動速度慢慢變慢,物質的溫度也會持續下降嘞;等粒子運動完全停下的時候,物質的溫度就到了下限,也就是絕對零度啦。

【最低溫度:絕對零度】

從理論角度講,宇宙裏是有絕對零度存在的。但在實際情況中,絕對零度那是永遠都沒法達到的,只能無限地往接近它的方向去靠近。

科學研究表明,太空的平均溫度為-270.15℃,這幾乎都要接近絕對零度啦,可它壓根就沒法達到絕對零度。

從溫度的本質去瞧呀,得粒子的動能變成零的時候,才能夠達到絕對零度呢,那時候所有的能量都沒啦。所以呀,除非某個物體或者某個空間裏從開始到最後一直都沒有任何能量和熱量,不然就壓根兒沒法達到絕對零度啦。

不過呢,奇異點爆炸之後呀,宇宙空間的各個地方都有能量和熱量在活動呢,因此宇宙壓根兒就沒辦法達到絕對零度啦。

那大霹靂之前的「啥也沒有」是不是處於絕對零度的狀態呢?答案同樣是否定的。

咱得說一說量子力學裏頭的一個基本原理,那就是「不確定性」原理,也叫「測不準」原理,是由德國的物理學家海森堡在 1927 年給提出來的。

一個粒子的位置和動量不可能同時以較高的精確度被得知。——海森堡

從這一原理的角度來講,我們沒法兒同時把粒子的動量和位置都測準啦。要是粒子不咋動了,那我們就能同時曉得它的位置和動量啦,這樣就把「測不準」原理給打破啦。

所以呢,就算到了絕對零度那個狀態,粒子還是會振動的,不會完全靜止不下來哦。這就意味著,不管粒子的運動速度是快是慢,它們都不會停下,絕對零度僅僅是一個理論上溫度的最低值啦,在現實裏可不會有這樣的溫度存在喲。

【最高溫度:普朗克溫度】

溫度有上限不?在咱人類看來,太陽那可是至高溫度的代表啦,太陽內核的溫度能達到 1500 萬攝氏度呢,表層溫度也差不多有 6000 攝氏度呀,並且在宇宙裏,品質和溫度比太陽還高的恒星那可是多了去啦。

既然這樣,大家有沒有想過這麽一個事兒:在我們所在的這個宇宙裏,溫度到底有沒有個上限呢?

從理論層面來說,溫度是不存在上限的啦,不過溫度會有一個關鍵值呢,就算溫度再往上飆升,要是超過了那個關鍵值,那就沒啥意義啦。

這個溫度極限就是「普朗克」溫度啦,比「普朗克」溫度更高的物質壓根就沒啥存在的意義。要是超過了「普朗克」溫度,那我們的物理法則就不管用啦,除了重力之外,其他啥概念都不會存在咯。

那麽,普朗克溫度究竟是怎樣得出來的呢?

實際上呢,普朗克溫度是科學家依據計算公式給推匯出來的呀,那個公式就長下面這樣呢。

在這個公式裏呀,Tp 指的就是普朗克溫度啦,c 代表的是真空中的光速呢,要知道光速可是理論中速度的極限哦。所以呀,經過計算得出的數值大概是 1.4 億億億億攝氏度,這樣一來,它就自然而然地被當作溫度的上限啦。

那麽,普朗克溫度會不會跟絕對零度一樣,僅僅是一個在理論中存在,而實際上沒法達到的數值呢?

肯定不是呀,即便在如今的宇宙裏我們沒法看到普朗克溫度,可在宇宙大霹靂的第一個瞬間,那溫度可是已經達到了 1.4 億億億億攝氏度呢。

大霹靂之後呀,時間慢慢過去,宇宙的溫度就一直在降呢,一直到 30 萬年那會兒,宇宙溫度才降到能讓光線出現的程度啦,到現在呢,宇宙溫度都快接近絕對零度啦。

話說呢,1.4 億億億億攝氏度到底能有多嚇人呀?

想要知曉普朗克溫度的厲害之處,就得從宇宙大霹靂那兒去尋找答案。

依據愛因史坦的質能方程式式呢,咱都清楚物質和能量能夠相互轉變。不過呢,我們能瞧見物質轉化成能量,可卻瞅不見能量轉化成物質,這到底是咋回事呀?

其實呢,這是因為能量值沒達到能轉化為物質的那個標準啦,咱們現在的宇宙呀,是由一下子爆發出來的特別強的能量轉變而成的。

宇宙大霹靂的頭一霎那,出現了 1.4 億億億億度的高溫呢,這超厲害的能量後來就變成了宇宙裏的各種物質啦。

得清楚哈,在 1.4 億億億這麽高的溫度下,宇宙才誕生出來,這就意味著,在這樣的高溫下,宇宙也能在瞬間就被毀掉。

【結語】

很明顯呀,不管是絕對零度還是普朗克溫度,那都屬於特別厲害、讓人害怕的存在呢。

零下 273.15℃的絕對零度這個概念呢,意思就是所有的粒子都靜止啦,那啥熱量和能量也就沒啦,時間和空間的概念也會跟著消失呢。不過還好啦,我們的宇宙呀,永遠都不可能達到絕對零度喲。

普朗克溫度那可是有著能形成宇宙的厲害勁兒呢。要是未來人類能把普朗克溫度研究得透透的,說不定我們就能有把能量轉化成物質的本事啦,這樣一來,人類就很有可能真的變成宇宙的「神」啦。