宇宙的最高温度,就是大爆炸初期,宇宙空间中刹那间达到的“普朗克温度”;而宇宙中的最低温度,则是大名鼎鼎的“绝对零度”。我们都知道,宇宙广袤无垠,一直以来,都在吸引着无数学者和科学家对其孜孜不倦的进行探索。
时至今日,随着自然科学的出现,我们对宇宙的认知水平当然也水涨船高,可以说更上一层楼。宇宙的起源,宇宙的结构,以及宇宙的“最高温度”和“最低温度”,现在都有了比较权威的答案。
宇宙的最高温度到底是多少呢?普朗克温度。普朗克温度顾名思义,是上世纪著名天文学家普朗克所推算出的一种“绝对高温”。它只在宇宙大爆炸初期存在,史瓦西奇点在外部力量的介入下,急速膨胀;
空间和时间应运而生,宇宙刹那间,达到了一种无可估量的高温。通过上世纪末,NASA的科研人员发现的“宇宙微波辐射”数据,最后我们得出了“普朗克温度”究竟有多高:15兆摄氏度左右。
等到普朗克温度渐渐降温,宇宙平均温度回归到一个正常的水平之后,原子核和带电粒子才展开融合,进而有了各式各样的恒星,星系,星云。
那么,宇宙里的最低温度又是何方神圣呢?上过初中物理课的朋友都知道,绝对零度呗。绝对零度,是低温的极限,在物体表面温度达到绝对零度的环境下,一切原子核和粒子的运动,都会因此而被冻结,万物都会归于沉寂。
但是,普朗克温度曾经在宇宙中发生过;而绝对零度只不过是一种物理概念而已。说白了,这是一种理论上的低温,实际不可能达到。毕竟,宇宙是不可能会出现“绝对静止”的环境的。
太空中的温度是负二百七十三点一五摄氏度。在整个宇宙当中,温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上,也无论是在赤热的太阳上还是在阴冷的冥王星上,这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。
例如,太阳表面温度是6000摄氏度,而处于太阳系里离太阳较远的冥王星的表面温度却只有负二百四十摄氏度。又如,传说中的牛郎星与织女星,在夜里的星空中,它们只是闪烁的小亮点,而怎能让人一下子想到牛郎星的表面最高温度竟达8000摄氏度,织女星的表面最高温度竟达10000摄氏度,真可谓是热恋之星。
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。
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。
关于这个问题,首先要知道温度究竟是怎么回事。从化学上来看,原子、离子和分子是物体的基本组成。组成物体的粒子的热运动是物体产生温度的根本原因,所以温度的高低表示了粒子热运动的平均动能的大小。如果粒子热运动的平均动能越大,即粒子的热运动越剧烈,则温度也越高。可见,粒子的平均动能决定着温度的高低。
由于不确定性原理,粒子的热运动不可能会完全停止下来,所以温度有一个下限,那就是绝对零度,它被定义为0 K,或者相当于-27315 。再根据狭义相对论,组成物体的粒子的运动速度不可能达到光速,所以温度有一个上限,那就是普朗克温度,其大小约为14 10^32 K。或者根据黑体辐射理论和物理学的基本长度,物体辐射出的电磁波的波长只能大于等于普朗克长度,所以普朗克温度是温度的上限。
目前的理论认为,只有在宇宙大爆炸的普朗克时间(54 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。
热力学温标里面,温度的理论下限是“绝对零度”,理论上限叫做“绝对热”(absolute hot),与绝对零度相对应。
在当代物理宇宙学理论下,可能的最高温度是普朗克温度,其值为1416785(71) 10^32K。
有绝对零度(absolute zero),也有绝对热(absolute hot)
该如何理解普朗克温度?可以从两个方面去理解:
一、宇宙大爆炸之后,经过了普朗克时间(539 10^ 44s)后,宇宙的温度。在小于普朗克时间的尺度里,我们的物理理论失效,虽然那时候宇宙可能更热,但超越我们的认知极限了。
二、如果一个物体达到普朗克温度,它将发出对应于普朗克长度(1616255(18) 10^ 35 m)波长的黑体辐射。如果温度更高,它将发出比普朗克长度更低波长的黑体辐射,我们缺乏相应的理论,失效again。
越高的温度所对应的的黑体辐射波长峰值越小。
----华丽分割,以上理论,以下现实----
普朗克温度只是一个根据量纲分析得来的理论温度,并没有什么现实意义。回归现实,还是要看看我们现实宇宙中的物质能够被加热到什么样的温度。
20世纪60年代,在欧洲核子研究委员会(CERN)工作的哈格多恩提出,在温度超级高的情况下,强子都将“熔化”(melt),所有我们熟悉的由强子组成的物质都将变成一碗“夸克汤”,经过计算,这个温度大约在2 10^12K,因此被称为“哈格多恩温度”。哈格多恩认为,处于哈格多恩温度下的系统可以容纳尽可能多的能量,因为形成的夸克提供了新的自由度,继续增加能量将只会增加熵,而不是温度,因此哈格多恩温度将是一个无法通过的绝对高温。
德国物理学家哈格多恩
也有反对者认为,夸克物质也可以被进一步加热。
这个分歧已经可以用实验来验证了,10^12K温度级别对现代的人类来说,已经不是难事。这种夸克物质已经在欧洲核子研究中心的SPS和LHC,以及美国布鲁克海文国家实验室的RHIC的重离子碰撞中被发现。
在弦论中,也引入了这个“哈格多恩温度”,它被定义为让宇宙最基本的单元:弦所发生相变所需的温度。这个温度非常高,在10^30K级别,只比普朗克温度少了两个数量级,人类目前只能望尘莫及了。
近年来,又有人提出,在量子热力学中,某些系统可以达到“负温度”。
其实,“负温度”的系统比任何正温度的系统都要热。如果负温系统和正温系统接触,热量将从负温系统流向正温系统。这不是矛盾了吗?明明是负,怎么会比正的还热呢?
为了解决这一矛盾,科学家创造出了“冷度”这个物理量,为温度和玻尔兹曼常数乘积的倒数,从而解决了这一矛盾。温度为正的系统,熵值随着能量的增加而增加,温度为负的系统,熵值随着能量的增加而减少。所以,负温度是为了解释一些量子现象而引入的概念,在非量子体系下没有意义。
如上图,绿色为摄氏温度,红色为华氏温度,蓝色是开氏温度,黑色就是“冷度”,单位为“吉比特/纳焦耳”。这里的开氏温度以绝对零度为0,而以无限温度(可能是普朗克温度)为1,则越过了中间高点以后,再“高”的温度其实是“负温度。”
都说最高温是宇宙大爆炸的瞬间,不过这是人类猜测而已,毕竟谁也没见过,看过许多天文知识的人或者会感觉,所有天文知识都是猜想出来的,有些被许多人认同,所以显得十分正确而已。其实像看玄幻仙侠小说差不多,你信就觉得它合理,你不信就觉得它吹牛。
别说出了地球,单在地球内,谁也不知道最高温度是多少,或者个个都会说是地心内核,那有谁真正测量过地心的温度吗?还不是靠推测的。前苏联曾经想过钻一口深阱打穿地壳,做所谓的科学研究,结果不了了之。
靠猜测的东西,大家都能吹,没什么大不了的。目前,我们只能猜测星系中心是温度最高的,像银河系中心,注意:这个数据是人类猜测得来的,没谁去过银河中心量过。
至于最低温度,在漆黑的太空里四处隐藏,你找到其中一个冷点不代表它是最冷的。
没有证据的推测我都视为无效,凭我们人类掌握的知识还不能说明什么,太阳系的东西都还有一堆问题没有说清楚,就越级说宇宙的事了,说了就像是梦话。
宇宙中最高的温度能达到1416833x10 32K,也就是构成本宇宙所有物质的爆炸释放能量的极限温度(宇宙大爆炸了极限温度)。宇宙中最低温度一27315 。目前宇宙中测量到最高的温度,就是超新星爆炸释放的能量使温度达到20亿 (高度文明智慧人类(外星人)测量到了。
30兆亿的高温热能是人工发明
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