【综述】
太阳靠内核的核聚变反应,持续向宇宙释放光和热呢,并且地球一直以太阳为中心做公转运动呀,这样一来,地球上就有了一年四季的变换以及冷热的交替啦。
咱作为地球那好几亿生物里的一份子呀,对温度的高低那可是有着最直接的感受呢。就像冬天冷到极致的时候,东北地区的气温能降到零下 20℃左右呢;夏天热到顶的时候,南方地区的温度差不多能到 40℃呢。
从温度的极限角度来讲,这只是个极小的温度区间啦。科学研究表明,最低温度也就是绝对零度为-273.15℃,而最高温度竟然达到了 1.4 亿亿亿亿℃呢。
看起来,最低温度没那么低呀,可最高温度却达到了一个让人惊讶的数字,这到底是咋回事呢?
【温度的本质】
要搞清楚这个事儿呢,首先得清楚温度的本质到底是啥。
爱因斯坦在他的狭义相对论里提出了那很有名的「时慢尺缩效应」理论哈。在这个理论当中呢,他把时间和物质运动之间的关系给阐释清楚啦。简单点说就是,一个物体的运动速度要是越快,那它经历的时间就越短哦。
其实呢,不光时间跟物质的运动有着很大的关联,实际上温度的产生也是因为物质的运动呀。这就意味着,温度的本质其实就是物质的运动呢,像「摩擦生热」就是个特别典型的例子啦。
咱都明白,世间万物都是由那些微小的粒子构成的呗。这么一来,从微观的角度去看呀,温度所反映的其实就是那些粒子热运动的剧烈程度啦。
当粒子热运动速度变快啦,物质的温度就会比较高嘞;要是粒子热运动速度慢慢变慢,物质的温度也会持续下降嘞;等粒子运动完全停下的时候,物质的温度就到了下限,也就是绝对零度啦。
【最低温度:绝对零度】
从理论角度讲,宇宙里是有绝对零度存在的。但在实际情况中,绝对零度那是永远都没法达到的,只能无限地往接近它的方向去靠近。
科学研究表明,太空的平均温度为-270.15℃,这几乎都要接近绝对零度啦,可它压根就没法达到绝对零度。
从温度的本质去瞧呀,得粒子的动能变成零的时候,才能够达到绝对零度呢,那时候所有的能量都没啦。所以呀,除非某个物体或者某个空间里从开始到最后一直都没有任何能量和热量,不然就压根儿没法达到绝对零度啦。
不过呢,奇点爆炸之后呀,宇宙空间的各个地方都有能量和热量在活动呢,因此宇宙压根儿就没办法达到绝对零度啦。
那大爆炸之前的「啥也没有」是不是处于绝对零度的状态呢?答案同样是否定的。
咱得说一说量子力学里头的一个基本原理,那就是「不确定性」原理,也叫「测不准」原理,是由德国的物理学家海森堡在 1927 年给提出来的。
一个粒子的位置和动量不可能同时以较高的精确度被得知。——海森堡
从这一原理的角度来讲,我们没法儿同时把粒子的动量和位置都测准啦。要是粒子不咋动了,那我们就能同时晓得它的位置和动量啦,这样就把「测不准」原理给打破啦。
所以呢,就算到了绝对零度那个状态,粒子还是会振动的,不会完全静止不下来哦。这就意味着,不管粒子的运动速度是快是慢,它们都不会停下,绝对零度仅仅是一个理论上温度的最低值啦,在现实里可不会有这样的温度存在哟。
【最高温度:普朗克温度】
温度有上限不?在咱人类看来,太阳那可是至高温度的代表啦,太阳内核的温度能达到 1500 万摄氏度呢,表层温度也差不多有 6000 摄氏度呀,并且在宇宙里,质量和温度比太阳还高的恒星那可是多了去啦。
既然这样,大家有没有想过这么一个事儿:在我们所在的这个宇宙里,温度到底有没有个上限呢?
从理论层面来说,温度是不存在上限的啦,不过温度会有一个关键值呢,就算温度再往上飙升,要是超过了那个关键值,那就没啥意义啦。
这个温度极限就是「普朗克」温度啦,比「普朗克」温度更高的物质压根就没啥存在的意义。要是超过了「普朗克」温度,那我们的物理法则就不管用啦,除了引力之外,其他啥概念都不会存在咯。
那么,普朗克温度究竟是怎样得出来的呢?
实际上呢,普朗克温度是科学家依据计算公式给推导出来的呀,那个公式就长下面这样呢。
在这个公式里呀,Tp 指的就是普朗克温度啦,c 代表的是真空中的光速呢,要知道光速可是理论中速度的极限哦。所以呀,经过计算得出的数值大概是 1.4 亿亿亿亿摄氏度,这样一来,它就自然而然地被当作温度的上限啦。
那么,普朗克温度会不会跟绝对零度一样,仅仅是一个在理论中存在,而实际上没法达到的数值呢?
肯定不是呀,即便在如今的宇宙里我们没法看到普朗克温度,可在宇宙大爆炸的首个瞬间,那温度可是已经达到了 1.4 亿亿亿亿摄氏度呢。
大爆炸之后呀,时间慢慢过去,宇宙的温度就一直在降呢,一直到 30 万年那会儿,宇宙温度才降到能让光线出现的程度啦,到现在呢,宇宙温度都快接近绝对零度啦。
话说呢,1.4 亿亿亿亿摄氏度到底能有多吓人呀?
想要知晓普朗克温度的厉害之处,就得从宇宙大爆炸那儿去寻找答案。
依据爱因斯坦的质能方程式呢,咱都清楚物质和能量能够相互转变。不过呢,我们能瞧见物质转化成能量,可却瞅不见能量转化成物质,这到底是咋回事呀?
其实呢,这是因为能量值没达到能转化为物质的那个标准啦,咱们现在的宇宙呀,是由一下子爆发出来的特别强的能量转变而成的。
宇宙大爆炸的头一霎那,出现了 1.4 亿亿亿亿度的高温呢,这超厉害的能量后来就变成了宇宙里的各种物质啦。
得清楚哈,在 1.4 亿亿亿这么高的温度下,宇宙才诞生出来,这就意味着,在这样的高温下,宇宙也能在瞬间就被毁掉。
【结语】
很明显呀,不管是绝对零度还是普朗克温度,那都属于特别厉害、让人害怕的存在呢。
零下 273.15℃的绝对零度这个概念呢,意思就是所有的粒子都静止啦,那啥热量和能量也就没啦,时间和空间的概念也会跟着消失呢。不过还好啦,我们的宇宙呀,永远都不可能达到绝对零度哟。
普朗克温度那可是有着能形成宇宙的厉害劲儿呢。要是未来人类能把普朗克温度研究得透透的,说不定我们就能有把能量转化成物质的本事啦,这样一来,人类就很有可能真的变成宇宙的「神」啦。