1.4亿亿亿亿度有多可怕?
在地球上,人类曾经记录到的最高气温是56.7摄氏度。如果是地表,最高温度则要更高。而深入地球内部,温度会变得越来越高。到了两千多公里深的地幔,温度可以超过3000度。而到了最深处的地心,温度更是高达5500度。太阳的温度则要更高,其表面温度就与地心相当,中心的温度可达1600万度。对于太阳这样的恒星,它们死亡之后,核心会暴露在外,并且坍缩成白矮星。白矮星更热,其表面温度可达10万度,核心温度可达1亿度。如果是质量更大的恒星,它们耗尽核心燃料之后,核心会坍缩成炽热致密的中子星。中子星的表面温度估计可达60万度,中心温度超过10亿度。当两颗中子星发生碰撞时,将会释放出巨大的能量,主要是电磁辐射和引力波,并产生高达3500亿度的极高温度。人类制造的最高温度虽然宇宙中的天体可以通过自发的过程变得很热,但人类在实验中制造出了更高的温度。在相对论性重离子对撞机(RHIC)中,金离子被加速到亚光速,它们之间发生猛烈碰撞,产生了4万亿(4×10^12)度的高温。在这种温度下,物质无法维持常规状态,而是会被分解成夸克-胶子等离子体,即夸克汤。对于常规温度下的物质,它们都是由质子和中子构成。质子和中子又是由更小的夸克组成,这两种粒子都是重子。由于色禁闭,夸克受到约束无法单独存在,胶子负责夸克之间的力传递。但在足够高的温度和密度下,质子和中子将会分解成夸克汤。夸克与胶子不受约束,成为一坨致密的东西,其密度高达400亿吨/立方厘米。人类所制造出的最高温度还要更高一个数量级。在大型强子对撞机(LHC)中,物理学家用高能质子猛烈撞击重原子核,结果产生了温度达到10万亿度的夸克汤。那么,最高的温度是多少度?温度可以无限升高吗?从本质上来说,温度反映的是微观粒子热运动的剧烈程度。如果粒子的能量越高,热运动越剧烈,宏观表现出的温度也会越高。粒子的速度极限是光速,那么,这是否意味着粒子达到光速时,温度也会达到最高呢?事实上,构成物质的微观粒子都是有静质量的,它们的速度达不到光速。但在无限接近光速的过程中,粒子的动能会趋于无穷大,那么,这是否意味着温度可以无限升高呢?根据现有的理论,当物体的温度变得足够高时,它们辐射出的波长将会小于最短长度——普朗克长度(1.6×10^-35米),这样就没有物理意义了。此时对应的温度被认为是最高的温度,这就是普朗克温度,其大小为1.4亿亿亿亿度。普朗克温度在普朗克温度下,量子力学和广义相对论全部失效,时间和空间都会崩溃掉,变得没有意义,所有的粒子都不复存在,四大基本力都会统一成一个力。根据标准宇宙模型,我们的宇宙只有在最初诞生的一瞬间,也就是第一个普朗克时间(5.4×10^-44秒),才达到过这个极限温度。不过,也许还有超过普朗克温度的更高温度。当温度超过普朗克温度时,量子效应和引力效应都会变得十分显著,我们现在还没有一套能够同时描述量子和引力的理论,所以对于更高的温度无法描述。如果未来能够出现统一量子力学和广义相对论的量子引力理论,我们就有能力理解普朗克温度之上的物理状态。
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为什么宇宙最高温度为1.4亿亿亿亿度,而最低温度却为-273.15℃?
直接给出答案吧,宇宙中最高的温度是普朗克温度,也就是1.4亿亿亿亿摄氏度。宇宙中最低是逼近绝对零度,也就是逼近-273.15℃。
因为宇宙曾经达到过最高的普朗克温度,而没有达到过最低的绝对零度。宇宙大爆炸得第一个瞬间的温度就是普朗克温度。
按照麦克斯韦-玻尔兹曼分布。我们已经知道温度的本质就是微观粒子运动程度的体现。微观粒子运动越剧烈,其在宏观上的表现就是温度越高。
比如,为什么开水会让你的手感到很烫?
温水水分子示意图
那是因为开水内的水分子剧烈运动,当你的手触碰到这些剧烈运动的水分子后,就会吸收它们的动能。导致手中的分子运动程度增大,并且刺激到神经,并感受到了烫。
开水水分子示意图
那么最低温度在理论上就是把微观粒子的运动程度降到最低。
理论上最低的温度就是没有物质运动,没有辐射的地方,这就是理论上的绝对零度。不过宇宙中不存在这样的地方。宇宙空间本来就充满着各种电磁波,即便再黑暗的地方,或多或少还是残留着电磁波的。电磁波就具有能量,这些能量就是温度的体现。
如果宇宙中存在某一空间,并且完全真空,不存在任何光子。那么这一空间的温度就是绝对零度吗?
答案当然不是,因为宇宙真空还存在狄拉克之海。也就是说真空不断产生正反粒子对,并迅速湮灭,这就导致真空并不空,依旧存在着物质的运动。除此之外,在普朗克长度级别上,时空并不平滑了,并且存在量子泡沫,并伴随着能量的改变。
没有哪一片真空区域完全脱离物质的存在。所以实际上,真实世界的最低温度只能无限逼近绝对零度,而不能达到这一数值。
我们也可以根据德布罗意的物质波了解绝对零度
我们知道物质都是波粒二象性的。当然这也包括宏观物体,只不过波粒二象性在宏观世界极其不显著罢了。
按照理论,物质温度越低,其物质波波长就长,物质就更倾向于波,而远离粒子性。
如果物质的温度不断降低,那么粒子之间的物质波就长到可以大部分重叠了,这时候物质的粒子性就渐行渐远。粒子性地不断消退,意味着物质的运动程度越慢越低。
理论上,物质的最低运动程度就是波粒二象性完全变成波,而丧失粒子性。但这是不可能的实现的。
就相当往一个体积无限大的盘中先放入一升水,并滴入一滴墨,起初墨水的浓度还是比较显著的。可是随着不断往水盆中加水,只会导致墨水浓度越来越低,墨的存在基本就察觉不到了,就好像物质的粒子性随着波长的增长而很难察觉到。但这不代表这盆水的墨水浓度为0。同理,物质波长很长不代表粒子性就没有了。所以,绝对零度是达不到的。
宇宙最高就是让微观粒子的运动剧烈程度达到最大值。
通俗一点说,也就是把微观粒子的质量先划分为无数个无穷小量,类似于微积分的概念。每个无穷小的质量以宇宙中最高的速度-光速运动。
这样一来,也就是微观粒子能达到的最大运动程度。
根据普朗克的温度公式Tp=(c^5/Gk)。
公式中为约化普朗克常数,k为玻尔兹曼常数,G为引力常数,c为光速。从公式中可以看出来,引入光速就是确保物质的最大运动程度。
普朗克温度大约是1.416808×10^32K。K为绝对温标。开氏温度与摄氏温度的换算相差一个绝对零度。譬如0k=-273.15℃;1k=-272.15℃;1000k=726.85℃。所以普朗克温度换算摄氏度大约为1.4亿亿亿亿摄氏度。
为什么宇宙最高温度超1亿摄氏度,而最低温度只有-273.15摄氏度?
我们都知道地球生物生存所必需的几个条件,阳光、水、空气、有机物等,这里的阳光主要提供的就是温度。 人体的恒定温度是37摄氏度左右, 和大多数哺乳类动物以及鸟类一样属于恒温动物 ,超过或者低于这个温度,身体机能就会出现问题,危及生命。 根据人类现有的宇宙探测经验,发现只有地球能够为生物提供这样温度适宜的生存环境, 而许多太阳系的行星在一天之内的温度变化区间可以达到几百摄氏度 ,完全不可能出现生命体。 近年来,除了行星的温度变化区间,科学家还在观测的基础上推算出了宇宙的温度变化区间,这个区间的数值跨度当然是超乎想象的大,不过比较奇怪的是,它的高温与低温分布却极其不均衡, 最高温度超过1亿摄氏度的同时,最低温度却只有-273.15摄氏度 ,这是什么原因呢? 在回答这个问题之前,我们首先要弄清楚,温度是怎么产生的呢?回忆一下冬天的时候,如果你觉得手冻得不行了,会做什么呢?大多数人会下意识地摩擦两只手,这样就会感到暖和了,其实这就可以窥探微观上温度产生的原理。 物体中的分子热运动的剧烈程度直接决定了热量的高低,所以当分子热运动越剧烈,产生的热量也就越多。 这样一来,要找到宇宙的最高温度就简单了,只需要找到宇宙当中运动速度最快的物质即可,那这种物质是什么呢?我们的第一反应当然是光, 光是目前科学家所能探测到的运动速度最快的物质 ,所以只要以光速作为计算基数就可以得到我们想要的宇宙的最高温度了。 不过关于宇宙起源的大爆炸理论中认为, 宇宙膨胀的速度要远远大于光速 ,这个速度值发生在爆炸开始的瞬间,物质与能量分子在一个极为短暂的时间段里完成了从最中心到宇宙边缘的运动。 这个时间也就是常说的普朗克时间, 它的数值大概是10的负43次秒 ,按照这个数字和爆炸初期的宇宙大小来计算,可以推出那一瞬间的温度值,大概是1.416833 10^32摄氏度,这个温度也被命名为普朗克温度。 根据分子运动与热量之间的关系,宇宙最低温度的推算也很简单,虽然分子运动的速度没有上限,但它的下限很容易确定,也就是静止时的速度。在物质和能量分子完全静止的状态下, 我们就可以找到宇宙的最低温度 ,通过公式计算得出这个数值,就是-273.15 。 在我们的想象中,完全静止的状态随处可见,因此要观测到这个温度应该也不是一件难事,但事实真的是这样吗?你家里的书桌看上去是静止的吧,但为什么有时候还没有你的手凉呢?即使是在寒冷的冬天,湖水已经完全冻成了冰块,一动不动,它的温度值也不会低于零下十几二十度,这又是为什么呢? 根据已有的资料,-273.15 这个数值还没有被观测到过,人类能够实际捕捉到的最低温度只有-272 ,这是因为那个假设中的绝对静止状态其实是不存在的。 对于不断膨胀的宇宙来说, 静止是一个相对概念 ,所有的物质能量都只能在某一特定的参考系中被界定为静止,而这个参考系相对于真实的宇宙而言并不具有实际意义。 1995年,智利瑞典的ESO次微米波望远镜首次观测到了宇宙最低温度, -272 的数值被探测到的位置是在一片叫作回力棒星云的天体中 ,这个距离地球约5000光年的星云并不是一个原生的天体,而是恒心内部散逸出的气体聚集形成的,这些气体的散逸速度被推算为接近164公里/秒。 奇怪的是,按照天体形成的规律, 这些气体进入到太空之后速度进一步提升 ,并发生了膨胀运动,那么为什么这里没有产生高温,却反而成了宇宙最低温度的所在地呢? 原因是,回力棒星云所经历的膨胀过程,是被称为绝热膨胀的一种特殊运动,这区别于一般的膨胀运动,在发生绝热膨胀的情况下,气体会持续地对外部空间的物质和能量做功,但却不会产生热量交换,也就是说回力棒星云的膨胀只是在单向地朝外部空间散逸能量,直到失去全部动能,进入趋近静止的状态,从而形成低温。 看似极为不合理的高低温区间分布,实际上背后是有着非常严密的科学依据的,同时我们又要注意到理论数据与实际科学观测之间的区别。 我们永远无法观测到-273.15 这个数值,当然也无法观测到所谓的最高温度,因为速度的上限就像实数的上限一样是无法穷尽的,这片浩瀚的宇宙很可能还隐藏着更多超乎人类认知的东西,或许这也是宇宙科学能够激发人类无限遐想的原因吧。
从绝对零度到1亿亿亿亿度,宇宙最低温到宇宙最高温,你都知道吗
对于我们普通人来说,温度的差别不过是零下十几二十度的严冬到零上三十度的夏日之间的变化。但是在这个宇宙中,温度的变化可以令你瞠目结舌。从宇宙最低温到宇宙最高温,你都知道哪些?
毫无疑问,绝对零度就是宇宙的最低温度。用热力学表示就是0开尔文(0K),用温度表示就是-273.15 。
很显然,绝对零度是一个目前不可能达到的理想状态,我们只能尽全力接近这个温度。从微观意义上来讲,绝对零度意味着微观粒子全部停止自由移动,这是我们目前完全做不到的。正因为粒子不作任何运动就是动能最低的状态,没有比不动还低的动能状态,因此绝对零度是不可突破的。
皮是10的-12次方,500皮开尔文就是5*10^-9次方开尔文,已经非常接近绝对零度了,而这也是人类迄今为止创造出来的最低温度。来自美国、德国、奥地利等国家的国际科学家团队首次创造了这样的成绩,这也是人类 历史 上首次将温度降低到1纳开以内。
这是人类在宇宙中观测到的最低温度,来自于距离地球5000光年的旋镖星云。旋镖星云的中心是进入到演化末期的恒星,这种恒星会将物质抛射到宇宙空间,形成巨大的星云。由于膨胀速度极快,导致整个星云的温度急剧降低,只比绝对零度高了1K。
虽然恒星普遍温度惊人、行星的温度也相对适宜,但是毕竟宇宙中绝大部分空间都是相当空旷、没有什么天体的。在这种情况下,宇宙整体的平均温度其实低得令人震惊,只有2.7K,也很接近绝对零度,这个数字是科学家们通过宇宙微波背景辐射探测到的。这是宇宙今天的平均温度,如果一会看到宇宙最高温度,恐怕你会惊掉下巴。
在这个温度下,水银就会变成超导体,也就是传导电流时电阻为零。超导体是一种非常特殊的导体,而4.2K的水银恰恰在1911年成为了人类第一次发现的超导体。超导体对于人类的发展至关重要,但就像水银一样,人类已知的绝大部分超导体都需要极低的温度才行。
近些年来,科学家们在常温超导体方面不断取得突破。2020年10月,美国科学家宣布实现了15 下的常温超导体,但所需压强非常高。常温超导体投入使用,还需要一段时间的研究。
在地球上,没有什么地方比南极更冷了。由于常年没有直射的阳光,广袤的冰川又会将大部分阳光反射掉,因此南极的温度低得惊人。迄今为止,人类记录下的地球最低自然温度就是在南极点测得的-94.5 ,也就是178.45K,不知道这个纪录何时会被打破。
也就是0 ,相信大家也并不陌生,那就是水冰的凝固点。当然这里要有一个限制条件,那就是在1个大气压的情况下,因为不论是冰的熔点还是水的沸点,都会随着压力的变化而变化。
即37 ,是人类的正常体温,不过根据体质的不同,也会有一些小范围的波动。不论是高于正常体温还是低于正常体温,对于细胞都会有所损害,导致人体受到威胁。1980年的时候,有一位美国人因为中暑发烧达46.5 ,24天后退烧,这是人类幸存下来的最高体温纪录。另外,人类幸存的最低体温纪录是13.7 ,但这些都属于奇迹,一般人是承受不了的。
56.7 ,这是有记录以来地球最高自然气温,出现在1913年7月10日的美国加州死亡谷。1922年的时候,利比亚阿兹齐亚地区曾经有过58 的极限高温纪录,但是后来被怀疑极有可能是虚假数据,最终连申请的吉尼斯世界纪录也被取消,56.7 仍是目前公认地球最高气温。
也就是100 ,也就是水的沸点。同样的,这也是要求在1个标准大气压下。我们平时家里用的压力锅,正是因为高度密闭导致锅内压力极高,从而使得水超过了100 还不沸腾,从而以更高的温度炖煮食物使其快速熟烂。在自然环境下,海拔越高的地区空气越稀薄,大气压越小,在高原地区,水甚至在70 就开始沸腾了。
这是太阳核心区域的温度,正是在这样恐怖的温度以及超高的压力配合下,氢才会被迫挤压到一起聚变成氦,从而使得太阳能够发光发热。到了太阳表面,温度就低得多了,大约是5500K,但同样非常惊人。
大质量恒星在进入到演化末期的时候,核心处就会达到这样恐怖的温度。这样的恒星在死亡时会非常剧烈,也就是变成我们熟知的超新星。超新星释放的能量非常惊人,其亮度甚至可以超过一个星系,最终核心会坍缩形成一个中子星或者黑洞。
说起来你可能不信,但这是人类目前制造出来的最高温度。按说这样的温度足以毁灭一切,但由于它只是出现在量子领域,所以并没有伤害我们。2012年的时候,欧洲科学家利用大型强子对撞机中通过高能粒子对撞的时候制造出了持续了仅仅一瞬间的5.5万亿开尔文的恐怖高温。
如果考虑到宏观层面上、持续时间相对可观的条件,那么人类创造的最高温度是大约1亿开尔文,也就是所谓的人造太阳。在这个温度下,我国科学家制造的人造太阳可以稳定运行100秒,韩国科学家在2020年12月创造20秒的成绩,但都远远不足以投入实际生产使用。
1的后面有32个0,你知道这是一个怎样的数量级吗!算下来,这就是1亿亿亿亿开尔文!这样的恐怖温度真的仅仅出现了一瞬间,而且恐怕永远也不会再现,它就是宇宙大爆炸一瞬间的温度。
宇宙诞生之前,所有物质都集中在一个奇点内,没有任何体积,所以密度无限大,温度也无限高。然后,由于一个未知的原因,这个奇点发生了大爆炸,释放出了所有的物质和能量,在宇宙大爆炸的一瞬间,温度大约是1.4亿亿亿亿开尔文。从此宇宙开始不断降温,到了今天降温到仅仅2.7K。
温度为什么能达到上万度,但低温却只能到达零下273.15度?
在生活中,温度可以说是一个我们时时刻刻可以感知到的东西,虽说可以感觉到,但是不并表明它是有形的,所以说我们并不知道是从什么时候开始就有了温度,更不了解温度是怎么诞生的。根据科学家的猜想,温度可能是因为宇宙中的核裂变产生的,就像太阳内部的核聚变可以达到1500万多度。
我们其实都很清楚温度的重要性,可以说没有温度生命也就不存在,但是只有温度存在还远远不够,最主要的是这个温度得适合这个生命的生长。世界发展到现在,已经对温度有了界定的数字,就我们现在知道的数据,可以总结出一点,温度没有上限,从零上一度到零上几百度,几千度,几万度甚至科学家在实验室里实验出来的几亿度,都是有可能的,但是低温最低也就只是达到零下273.15而已(我们大多时候都叫这个温度为绝对零度)。但是是不是有很多人都跟我一样很好奇这到底是因为什么呢?
这个知识点对于我们大部分人来说其实还是有点生僻的,因为这个观点是需要从微观世界的角度来解释的,科学家给我们的解释是微观世界的粒子加速运动的结果就是会提高物质的温度,而且粒子运动越活跃,物质的温度就会越高,所以说温度提高的本质其实就是微观世界中粒子的运动速度加快。这样一来低温就不难解释了,因为粒子的运动速率降到一定水平就不会再运动了,也就是最后所达到的零下273.15度。不过因为高中物理学的基础,我们都能理解运动和静止都不是绝对的,所以说这个绝对零度只是在理论上存在而已。
以上这些都还只是我们根据现在已经知道的数据推测出来的,谁也没办法确定这就是真真正正可以让人信服的理论。毕竟我们相对于浩瀚的宇宙中来说其实只是渺小的一个粒子而已,或许在宇宙中的一个角落就会发现比绝对零度还要低的温度,毕竟这些都是还没有定论的事情啊!
在科学面前,我们每个人其实都是很渺小的,或许在将来的某一天,我们可以走出地球,走出银河系,去宇宙的更深处发现更神秘的存在。
为什么低温只能达到 -273.15℃,而高温可以达到上亿亿摄氏度?
我们在日常生活中通常使用摄氏刻度,其定义与水有关。在标准大气压下,纯水的冰点被定义为0摄氏度,而纯水的沸点被定义为100摄氏度。根据这样的标准,理论上可以推断出最低温度是-273.15摄氏度,这就是无法实现的绝对零度。至于为什么最低温度只能达到绝对零度,而还不能达到,这与物体产生温度的机制有关。构成物体的粒子处于永久的热运动中,这就是物体有温度的根本原因。如果粒子的热运动强度下降,其温度也会下降。所以,极限是粒子不再热运动,热量不再产生,所以温度要达到最低。但海森堡的不确定性原理指出,粒子的位置和速度不能同时测量,所以它与此相矛盾,让粒子停止热运动,这意味着绝对零度只能无限期地接近。而相对论也表明,世界上并不存在绝对静止的物体,任何物体都会存在运动,静止只是相对的。通过实验和查尔斯定律等理论,绝对零度约为-273.15摄氏度。我们所达到的最低温度仍比绝对零度高出10^-10度,但我们就是无法达到这个极限。另一方面,粒子的热运动可以非常强烈,所以温度可以上升到非常高的程度,几万、几十万,甚至几十亿、几万亿度。有史以来的最高温度是10万亿度,由高能粒子加速器中的质子和原子核高速碰撞实现。在宏观世界中,最低温度确实是零下273.15度。因为随着温度的下降,大气压力也在下降,当大气压力下降到零时,温度锁定在零下273.15度。因为大气压力不可能是负值,所以我们有了所谓的绝对度。然而,当涉及到微观世界时,事情就不一样了!我们在高中物理学中了解到,在微观世界中,温度的变化是非常快的。我们在高中物理学中了解到,一切都在运动中,而哲学上说,世界上没有绝对的静态物体。如果我们深入到微观的原子水平,那么你就会看到,即使在绝对零度的情况下,原子也在运动,但它们的运动速度很慢。因此,几年前,科学家们在想,如果我们能突破绝对零度的限制,我们是否能让原子慢下来或根本不动。后来,它真的被做到了。一些科学家用激光照射原子,限制它们的运动,并达到了零下3000度的温度。当然,这是在微观层面上,温度只是理论上的计算。在宏观层面上,它仍然不能突破绝对零度。
为什么零下273度是最低温度,1.4亿亿亿亿度是最高温度?
理论上,不但低温有下限——绝对零度,而且高温也有上限——普朗克温度。关于温度的极限,需要来了解一下温度究竟是怎样的概念。
从宏观上来讲,温度高低反映的是冷热程度。但在微观上,物体之所以会有冷热的现象,其根本原因是微观粒子的热运动。因此,温度其实度量的是热运动剧烈程度。粒子的热运动包括平动、转动以及振动,所以粒子的总动能也由平动动能、转动动能以及振动动能所组成。以气体分子为例,如果某种气体分子的平动自由度、转动自由度和振动自由度分别为t、r和s,那么,平均总动能为:
其中k为玻尔兹曼常数,T为温度。
可以看到,平均总动能与温度呈正相关。那么,平均总动能的上下限也决定着温度的上下限。
如果所有的热运动完全停止下来,物体也就不会有热量产生,所以温度将会降到最低的绝对零度,大约为-273.15 ℃。但量子力学禁止粒子绝对静止,所以温度不可能下降到绝对零度。人类在实验室中所实现的低温也只是在不断接近绝对零度,目前的最低温度比绝对零度高出100亿分之一度。
另一方面,如果平均总动能不断升高,温度也会随之升高。根据狭义相对论,动能会随着速度趋于光速而变得无穷大,那么,这是否意味着温度可以无限高呢?
如前所述,温度是有上限的,不会无限升高。因为粒子的热运动剧烈到一定程度时,其史瓦西半径将会大于普朗克长度,这就会引发坍缩成黑洞,自身将会进入无限小的奇点中。因此,目前的物理学理论只能解释到普朗克温度。如果要探讨比普朗克温度更高的温度,需要量子引力理论,而这是目前所无法做到的。
理论计算出来的普朗克温度约为1.4168×10^32 K,超过1.4亿亿亿亿度,只有在宇宙诞生的第一个普朗克时间(5.3912×10^-44秒)才有达到过这个温度上限。
宇宙中最高的温度能达到多少?目前最高的温度是多少?
宇宙形成后10负36次方秒,宇宙温度达到10000亿亿亿℃,而人类观测到的最高温度是伽马射线爆,几分钟释放的能量可以达到太阳1万亿年释放的能量总和。目前通过观测宇宙,认为宇宙最初形成于同一处,星系红移和宇宙微波背景的观测,让我们知道宇宙在不断扩张和逐渐冷却,也可以推测出各星系在最初时距离比较近,因此推断所有星系都有一个共同起源。试想一下将现在930亿光年直径的宇宙,压缩在一个很小的地方,密度趋近于无限,引力作用产生的能量也是非常非常庞大的,温度也就非常高。具体有多高说不清,大概比人类所能观测到的高得多的多。伽马射线爆是超大质量恒星坍塌碰撞、中子星碰撞或者黑洞融合的时候,因为巨大的质量损失转化来的能量,是宇宙中最剧烈的爆炸。通常只能持续很短的时间,也有发现能持续数小时的。几分钟释放的能量可以达到太阳1万亿年释放的能量总和,温度也就异常之高,喷发出的能量扫过的地方,没有生命可以存在。但是它们又为新恒星的形成提供了契机,被喷射出的物质能量散布在宇宙空间,逐渐凝聚又形成恒星。目前的理论认为,只有在宇宙大爆炸的普朗克时间(5.4×10^-44秒),温度才有达到过普朗克温度。目前在宇宙中已知最高温度是在双中子星合并过程中产生的,温度为3500亿度。而人类制造的最高温度比这还高,大型强子对撞机把高速运动的质子和原子核相撞,产生的最高温度可达10万亿度。具体温度有多高不好说,但仅从人类观测的结果来说,短短几秒释放一万亿年太阳释放的能量综合,顺便提一下太阳寿命也才只有百十亿年,温度可以达到1万亿摄氏度以上,甚至高到难以想象。
宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?
宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度? 最高温度和最低温度都只是理论上的一个数据。 这个数据就是普朗克温度和绝对零度。量子力学认为,宇宙最高温度为10^32K,也就是亿亿亿亿K。这个“K”代表开氏度,就是热力学温度,如果与“ ”(摄氏度)比较,0 K(是零K,不是OK)就相当于-273.15 ,这就是绝对零度;而100 则为373.15K。也就是说开氏度减掉273.15就是摄氏度。 普朗克温度和绝对零度都只是一个理论存在的温度,也是人类能够理解的最高温度和最低温度,高于这个温度和低于这个温度都没有意义。量子力学认为,在宇宙大爆炸的普朗克时间,也就是大爆炸开始的10^-43秒,1000亿亿亿亿亿分之一秒时,其温度为普朗克温度,即10^32K,这以后,宇宙渐渐冷却,再也没有出现过这个温度。 而绝对零度,是热力学的最低温度,是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度,是存在于理论中的下限值。我们知道,物质的温度取决于其内部原子、分子等粒子的平均动能,一个物体粒子动能越高,温度就越高,当粒子动能达到最低点,不能再低时,就是绝对零度。 根据热力学第三定律,绝对零度永远也无法达到,因为一个绝对零度的空间,完全没有粒子振动,而空间的存在是以物质为前提的,没有物质也就没有空间,因此绝对零度的空间为零,零空间就是虚无。 目前人类观测到的最高温度。 恒星中心一直在源源不断爆发着核聚变,而恒星是宇宙的主要可见物质,占可见质量的99%以上。恒星表面温度从几千K到数万K,乃至数十万K不等,中子星表面温度可达1000亿K。质量越大的恒星,温度就越高,恒星中心温度也是如此。 太阳这样的恒星,中心温度只有1500万K,但到了演化后期,激发氦核聚变的温度需要1亿K。比太阳质量大的恒星,核聚变不断上升到更高层次,也就是按照元素周期表的排列序数,从氢核聚变,经历氦、碳、氧、氖、钠、铝、镁、硅、硫、氩气、钙、钛、铬、锰等一路演化,一直到26号元素铁结束。每一层次核聚变结束,恒星就会向中心坍缩,从而形成更高压力和温度,激发更高层次的核聚变。大质量恒星核心温度可以高达30亿K,从而完成铁元素之前的所有核聚变,在核心聚合成一个铁核。 比太阳质量大8倍的恒星就可以完成这一系列的核聚变,最终发生超新星大爆发,爆发的温度可以达到几百亿甚至上千亿K,从而完成比铁更重元素的合成。但这还不是目前宇宙能够得到的最高温度,更高温度是伽马射线暴创造的。 伽马射线暴是超大质量恒星爆发、黑洞或中子星相撞等极端事件中形成的,最强能量的伽玛暴比超新星爆发能量还要强数百倍,可以再现宇宙大爆炸1/1000秒时万亿度高温。这可能是迄今可能观测到的宇宙自然界最高温度了。 但目前已知存在的最高温度是人类制造出来的。2010年11月8日,科学家们利用位于瑞士和法国边境的欧洲大型强子对撞机,模拟138亿年前宇宙大爆炸的瞬时过程。这次实验是用两束铅离子束,在27千米的地下环形轨道中以相反速度加速,当它们接近光速时让它们相撞,相撞的瞬间产生了10万亿K的高温,再现了宇宙大爆炸百万分之几秒的场景,从而可以观察这一温度下产生“夸克—胶子等离子体”的过程,印证宇宙大爆炸理论预测。 尽管这个温度只存在一瞬,但却被精密仪器记录下来。这是迄今为止人类观测到存在于现实世界的最高温度。 人类制造出的宇宙最低温度。 宇宙最低温度迄今也是人类在实验室制造出来的,是NASA科学家团队在国际空间站上创造出来的。他们在地面做观测冷原子实验时,由于地球重力影响,得到极低温度冷原子态只能观测到几分之一秒,瞬间就消失了。于是他们将冷原子实验室(CAL)送到国际空间站,在微重力环境,创造出了更低温度,冷原子云固定观测时间可达到10秒,成为至今被观测最长时间的玻色-爱因斯坦凝聚态。 这是迄今人类创造的最低温度,为-273.149999999999 ,即0.000000000001K,就是万亿分之一K。 此前人造最低温度也是科学家在实验室创造的,达到0.00000017K。后来科学家们又把这个温度降低到0.5nK(纳开),就是0.0000000005K。这是一个由德国、美国、奥地利等国科学家组成的科研小组,利用磁阱技术实现铯原子的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)的实验过程中,创造这一纪录的。 广袤的宇宙空间温度极低,在远离天体的空旷处,温度低到3K以下。这是宇宙大爆炸后经历138亿年冷却的残留热辐射,通俗地说就是残留余烬,这种残留电磁辐射充满整个宇宙,温度只有2.725K,因此又称为3K宇宙背景辐射。 但这并不是宇宙自然界最低温度。1979年,科学家们发现距离我们约5000光年,位于半人马座方位有一个领结状的原行星云,命名为布莫让星云,又叫回力棒星云,科学家们通过用各种射线望远镜探测表明,那里的温度低到1K,是迄今发现自然界存在的最低温度。 现在还有一种说法,认为在宇宙大尺度网状结构之间,有许多被称为“空洞”的冷斑点,有的空洞尺度达到数十上百亿光年,那里面没有星系,也没有暗物质,形成的原因有多种说法,有科学家认为这种空洞里的温度更低,不过至今还没有严谨数据支撑,无法定论。 小结:目前已知的最高温度为10万亿K,最低温度为万亿分之一K,这些温度都是人工制造出来的。 为了解答这几个问题,首先要了解一下温度的本质。表面上,温度表征物体的冷热程度。本质上,温度表征物体的组成粒子的热运动剧烈程度。 物质可能的最低温度 理论上,当所有的粒子停止运动时(处于量子力学的最低点),物体将会达到可能的最低温度,即绝对零度。绝对零度在开氏温标上表示为0 K,在摄氏温标上表示为-273.15 。 然而,为了达到绝对零度,不仅需要原子停止运动,而且还包括原子的所有组成。绕原子核运动的电子需要停止运动,原子核中的质子和中子需要停止相互作用,夸克以及任何更基本的结构都要停止活动。由于量子力学效应,这是不可能的,所以绝对零度无法达到。从另一方面看,任何空间中都存在能量和热量,必然会与物质进行交换,所以绝对零度只能无限逼近,不可能达到。 目前,通过激光冷却和磁蒸发冷却技术,科学家获得的最低温度达到了100 pK(10^-10 K, 273.149999999900 )。物质在这种极低的温度下将处于玻色-爱因斯坦凝聚态,它们会表现出奇特的行为,例如,超流动性和超导现象。 物质可能的最高温度 物质可能的最高温度为普朗克温度,其值约为1.417 10^32 K。由于粒子的运动速度上限为光速,所以当粒子速度接近光速时,物体的温度接近普朗克温度。如果温度超过普朗克温度,物理定律将不复存在。 目前,通过大型强子对撞机的粒子对撞实验,科学家获得的最高温度为10万亿开尔文,尽管这个温度比太阳的中心温度高了60万倍,但仅为普朗克温度的一千亿亿分之一。 首先,温度简单来说与微观粒子运动的速度息息相关,微观粒子运动越距离,物体的温度就越高。根据不确定性原理,任何粒子的运动不可能停下来,所以温度有一个下限,我们都知道那是绝对零度,也就是大约领下273摄氏度。而任何微观粒子的运动速度都不可能超越光速,所以物体的温度也有上限,不可能无限高,上限就是普朗克温度,大约1.4乘以10的32次方K。 普朗克温度是根据现有物理学计算出来的理论值,它是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间后的温度,一个普朗克时间非常短,大约5.4乘以10的负44次方秒,也是物理学上可测量的最小时间单位,任何小于普朗克时间的时间都没有意义,而我们对宇宙的认知也是从大爆炸发生后一个普朗克时间开始的,也可以认为一个普朗克时间之前的宇宙没有意义。 那么目前已知的宇宙中最高温度是多少呢?超乎我们的想象! 太阳的核心温度能达到1500万摄氏度,这样的高温已经让很多人惊叹不已,甚至无法想象。但太阳的核心温度与中子星碰撞时产生的温度相比简直太渺小了,这个温度能达到3500亿摄氏度,敢想象吗? 目前人类能制造出来的最高温度是在大型强子对撞机里产生的,微观粒子的撞击能产生高达10万亿度的高温,不要担心如此高温会把对撞机熔化,那只是微观层面粒子的运动速度的体现形式,因为碰撞时的粒子速度都接近光速。而且碰撞是一瞬间的,不会有任何影响。