『宇宙大爆炸』宇宙最高温度是1.4亿亿亿亿度,为什么最低温只有-273度?
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我们常常能听到“绝对零度”的概念 , 并且有些人认为这是宇宙中理论上的最低温度(实际上 , 并不是 , 下文我们会提到具体原因) 。 那么 , 宇宙到底存不存在最高温度呢?
我们可以先给出答案:宇宙是存在最高的温度的 。 具体咋回事呢?
我们今天就来聊一聊这个话题 。
温度
温度是衡量物体冷热程度的物理量 , 也就是和热现象有关 。 要了解温度的本质 , 我们需要从微观视角来看 。 我们知道 , 宇宙中的万物都是由微观粒子构成的 。 著名的物理学家费曼曾经提出过一个想法 , 他在他的著作《费曼物理学讲义》中写道:如果发生了某种大灾难 , 所有的科学知识都丢失了 , 只有一句话可以传下一代人 , 那么怎么样才能用最少的词汇来传达出最多的信息呢?我认为这句话应该是原子假设 。
这里的原子假设就是所有的物体都是由原子构成的 。 费曼这句话是很有道理的 , 微观世界确实决定了整个宇宙的性质 。
温度其实就和微观粒子的运动有关 。 微观粒子在构成物质时 , 并非是整整齐齐一动不动的 , 相反 , 它们是一直在乱动 , 我们甚至很难精确地描述这种运动 。
虽然我们无法描述一个个粒子 , 但是我们还有统计学的办法来得到粒子的平均动能 。 科学家发现 , 粒子的平均动能越大 , 说白了就是粒子整体运动得越欢快 , 这时温度就越高 。 反之就是 , 粒子的平均动能越大 , 粒子整体运动得不欢快 , 温度就越低 。
通过上面的描述 , 我们自然而然地会想 , 如果这些粒子都完全不动 , 是不是对应的就是最低温度呢?
虽然这很符合直觉的 , 但这其实是错的 。 上世纪 , 量子力学的发展 , 让我们知道微观粒子是具有波粒二象性的 。 这个性质描述让我们知道 , 微观粒子的行为是和宏观完全不同的 , 不是确定性的 , 而是概率性的 。 因此 , 微观粒子不可能完全停在某个位置上 。
因此 , 最低温度对应的是粒子平均动能最低时的温度 , 这时候粒子还会在一定范围内振动 , 只是幅度相对小 。 而这个温度就是绝对零度 , 零下273.15度 。
但是这里要补充一句 , 根据热力学第三定律 , 绝对零度是达不到的 。 因此 , 绝对零度并不是宇宙的最低温度 , 宇宙中的温度再低都会高于绝对零度 。
那宇宙的最高温度又是从哪里来的呢?
难道这个温度就对应的是粒子最高动能的状态?
宇宙的最高温度
宇宙的最高温度来自于宇宙大爆炸的初期 。 按照我们目前主流的宇宙学理论 , 宇宙应该是诞生于138亿年前的一次大爆炸 。 目前关于宇宙大爆炸的理论是基于标准宇宙模型而来的 , 相关的证据是哈勃观测到的星系红移、宇宙微波背景辐射、氦原子丰度 。
这里补充一句 , 我们并不知道为什么发生大爆炸 , 更不知道大爆炸之前到底是什么 。 很多人以此来质疑标准宇宙模型 。 其实我们可思考一下 , 我们目前只是不知道 , 并不是说就不存在 。 这就好比 , 一个孤儿 , 他不知道他的父母是谁 , 那这会影响到他真实存在这件事吗?
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