车驰夜幕|而最高温却高达1.4亿亿亿℃?,为什么宇宙最低温只有-273℃
-273.15℃ , 这个数字本身给我们的感觉并不是很小 , 但就是这样的数字我们人类也无法企及 , 只能无限接近 。 这个温度就是我们常说的绝对零度 , 也就是0K 。
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但宇宙中的最高温却能达到1.4×10^32K , 这个温度就是我们常听说的普朗克温度 , 它俩之间的差距为何如此之大?为什么绝对零度我们无法达到 , 为什么最高温度我们平时很少讨论?
要了解以上的问题 , 我们首先要了解下温度的概念 。
什么是温度?
在宇宙中 , 有些物理概念是物质的本质属性 , 例如质量、能量、自旋 , 就算没有人类物质也具有这些内在的性质 。
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但有些是人为规定的 , 例如今天要说的温度 , 它是人类规定出来测量物体内分子/原子平均动能(内能)的物理量 。 如果没有人类 , 说不定外星人可以用其他的方式表示物体内所具有的内能 。
换句话说 , 温度就是物体内分子/原子随机运动和震动的结果 , 随机运动和震动的越剧烈说明分子/原子所具有的动能越高 , 表现出来的温度就越高 , 反之亦然 。
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拿一杯水来说 , 常温下25摄氏度 , 你滴一滴色素进去 , 颜色会相对缓慢的散开 , 而温度越高的水 , 由于内部分子随机运动的越剧烈 , 色素会散开的相对较快 。
如果我们持续的给这杯水输入能量(加热) , 由于水分子所具有的动能会不断的提到 , 到达某一阈值 , 水分子就会挣脱水的束缚 , 从表面发生逃逸 , 这就是水的沸腾 。
固体金属也一样 , 低温时原子被化学键键合在相对固定的位置发生震动 , 当温度升高时 , 原子由于获得了足够的动能 , 就会挣脱化学键 , 开始随机自由运动 , 这是金属就被液化 , 持续加热也会气化 。
为什么低温只有-273.15℃ , 为什么我们人类无法达到最低温?
上文说了 , 分子/原子的随机运动和震动是产生温度的原因 , 所以一个物体内所包含的分子/原子只要静止不动 , 那就没有温度 。 确实是这样 , 这也是我们对绝对零度的定义 。
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所以最低温就是0K , 所谓的没有温度 , 换算成摄氏度就是-273.15 , 那为什么我们不能让一个物体达到0K呢?
也就是让物体内的分子/原子停止运动!这其实又涉及到了宇宙中一个本质的问题 , 量子力学是描述微观世界的一套法则 。
人们发现微观世界存在本质的不确定性 , 组成物质的粒子其动能和位置不能同时确定 , 它俩测量的乘积一定大于普朗克常数的1/2 。
因此物质粒子是不会停止运动的 , 如果停止它的位置会充满不确定性 , 如果位置确定 , 它的动能就可能是0到无穷大 , 这明显互相矛盾 。
基于不确定性原理 , 所以人类无法创造出绝对零度的物体 , 只能无限接近 。
为什么宇宙中的最高温却能达到1.4×10^32K
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看了上文你应该也知道了只要让物质粒子拥有越来越高的速度 , 那么它的动能也就越高 , 相应的我们测量它的温度就越高 。
由于现实生活中的物质粒子都在低速状态下运行 , 所以我们就距离最低温度比较近 , 离最高温度比较远 。
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我们知道有质量的粒子无法达到光速 , 只能无限接近 , 那么这是不是就是最高温度极限的定义?并不是的 , 普朗克温度1.4×10^32K , 指的是宇宙诞生后第一个普朗克时间(10^-43s)宇宙的温度 。
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