『量子科学论』会发生什么?,温度是否有限制?如果让一杯密封的水持续升温( 二 )
这时系统中可能会产生一些未知的新粒子 , 或者新的自然法则 。 那么我们是否可以一直给系统加热 , 直到到达无限的温度 。
然而 , 这是不可能的 , 原因有三 。
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在整个可观测的宇宙中 , 能量是有限的 。以我们的可观测宇宙中所有的物质、反物质、辐射、中微子、暗物质 , 甚至是空间本身固有的能量为例 , 大约有10^80个普通物质粒子 , 大约有10^89个中微子和反中微子 , 还有稍多一点的光子 , 加上暗物质和暗能量的所有能量 , 它们都分布在一个半径为460亿光年的宇宙中 。
但是即使我们把所有的物质都转化成纯能量(通过E=mc^2) , 即使我们用所有的能量来加热系统 , 没有丝毫一点损耗 , 这个能量也是有限的 , 而这个能量大约对应于10^103开尔文的温度 , 所以宇宙中有一个能量上限 。 但是在系统到达这个温度点之前 , 会发生其他的灾害性事情来阻止我们如此疯狂的举动 。
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如果我们把大量的能量聚集在有限的空间里 , 就会创造出一个黑洞!我们通常认为黑洞是巨大、致密的天体 , 能够吞噬附近的星际物质、恒星、行星!
但是如果我们给单个量子粒子提供足够的能量 , 即使这个粒子只是一个以光速运动的无质量粒子 , 它也会在微小的尺度上变成黑洞!这个能量大约为10^19GeV , 通过E=mc^2 , 算出来约为22微克 。 在这个能量下粒子会自发地产生黑洞 , 并立即衰变为能量更低的热辐射状态 。 因此 , 宇宙中的温度上限似乎对应于大约10^32开尔文的温度 。
这个温度比之前的极限要低很多 , 因为不仅宇宙能量是有限的 , 而且黑洞也是一个限制因素 。 但是还有一些其他的限制因素 , 如果我有能力把温度升高到任意的范围 , 就会发生更加可怕的事情 。
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在某一高温下 , 我们将会导致宇宙重新暴胀早在大爆炸之前 , 宇宙就处于指数膨胀状态 , 空间本身就像一个气球一样膨胀 , 但膨胀速度呈指数级 。 当暴胀结束时 , 大爆炸就开始了 。
如果我们设法达到了足够的温度 , 就会使系统恢复到暴胀状态 , 相当于我们按下宇宙的“重置”按钮 , 并导致暴胀恢复 , 大爆炸重新开始 。
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理论上 , 宇宙的暴胀是在大约10^28-10^29K的温度下发生的 , 因此无限升高温度是不可能的 , 因为宇宙只有有限的能量 , 毕竟它也是从大爆炸中诞生的 。
【『量子科学论』会发生什么?,温度是否有限制?如果让一杯密封的水持续升温】我们平时不说绝对高温 , 是因为这个温度没有具体的标准 , 也没有任何意义 , 因为人类根本达不到这样的温度 。 即使是地球上最强大的粒子加速器 , 仍然需要至少1000亿倍的能量才能产生以上特殊的效果 。
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