宇宙中最热的温度(宇宙中温度最高的东西是什么-)

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我们每天都能感受到温度的高低变化,但在我们日常生活中,温度的变化其实是非常小的,我们能感受到的额温差范围非常有限,这受限于地球的环境温度。

但是在浩瀚的宇宙里,科学家们能探测到各种极端温度,从极度的高温到罕见的低温。那么理论上讲,温度有极限值吗?温度有上限和下限吗?

提到温度的下限,估计很多人都知道,那就是“绝对零度”。绝对零度是低温的极限值,但也仅仅是一个理论值,现实中永远不会达到这个极限值。为何会如此?

首先要了解温度到底是什么,温度是描述物体冷热程度的物理量,本质上来讲就是一个物体的平均动能,在微观层面来讲,可以同时地理解为微观粒子的运动快慢,当然不是单个粒子,而是很多粒子。

动能,很容易理解。用现实中的例子打个比方,一辆汽车停在那里,你可以认为没有任何动能(当然是相对于你),对于也没有任何威胁,但如果汽车以百公里的时速飞速行驶,就有了很大的动能,对你的威胁可就太大了。

如果微观粒子的速度为零,当然也就不具备动能了,那么物体的温度就是绝对零度,也就是-273.15摄氏度。

宇宙刚刚诞生时,温度极高,随着宇宙加速膨胀,温度开始下降,宇宙逐渐冷却。138亿年后的今天,宇宙的最低温来到了3K(热力学温度单位开尔文),换算成摄氏度就是-270.3度,这就是宇宙微波背景辐射的温度。

为何绝对零度无法达到?

这里面涉及到量子力学。量子力学有一个核心原理:不确定性原理。简单来讲,一个粒子的速度和位置无法同时确定,用一个公式表达就是:ΔxΔp≥h/4π,如何理解这个公式?

位置的不确定性与动量(速度)的不确定性的乘积必然大于或等于一个常量,这个常量就是h/4π。

言外之意,粒子位置测量得越准确,速度的测量就越不准确。为何会这样?

因为如果我们要测量一个粒子的精确位置,就必须用波长尽量短的波来测量,如此一来,波就会对粒子产生较大干扰,所以粒子的速度测量就会越不精确。而如果要测量一个粒子的速度,就需要用波长较长的波,那么就不能精确测量粒子的位置。

微观粒子的这种不确定性,意味着粒子不可能绝对静止,所以绝对零度是不可能达到的。就像光速一样,只能无限接近!

那么,宇宙中的高温呢?高温有没有上限了?

或许不少人并不知道,其实高温也是有上限的,这个上限就是“普朗克温度”。

为何温度会有温度上限?这还是与温度的本质有关。微观粒子的动能(速度)越高,温度就越高。理论上讲只要微观粒子的动能无限大,那么温度就能无限大,但我们都知道速度是极限的,不可能无限大,所以温度自然不会无限高。

狭义相对论告诉我们,任何携带信息或者能量的物质都无法超越光速,只能无限接近。

普朗克温度到底是多少呢?

著名物理学家普朗克发现了能量其实是不连续的,而是一份一份的,这种不可能再分、分的最小能量单位就被称为“量子”,量子的概念也奠定了量子力学的基础。

由于量子的这种不连续性,普朗克计算出了最小的空间尺度:普朗克长度,还有最小的时间尺度:普朗克时间。普朗克长度和普朗克时间分别是最小的有意义的长度单位和时间单位,任何小于普朗克长度和普朗克时间的单位都没有意义。

而普朗克温度就是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度,也是宇宙的最高温度,这个温度大约为1.4亿亿亿亿度。我们无法定义宇宙大爆炸发生后小于一个普朗克时间的温度,因为普朗克时间是最小的时间单位,小于一个普朗克时间是没有意义的。

而且最高温普朗克温度实际上也只能达到一次,我们无论如何无法再次创造普朗克温度这样的高温,除非宇宙大爆炸再次上演!

普朗克温度到底有多高?并1.4亿亿亿亿度这数值远不能让我们直观地去感受。

对比一下就知道了,太阳核心温度也只有1500万摄氏度。而目前人类创造出来的最高温度是大型对撞机制造出来的,也可以称为“迷你宇宙大爆炸”,温度虽然达到了10万亿度,但也仅仅只有普朗克温度的一千亿亿分之一而已!

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