由誰設定?為什麼宇宙最高溫1.4億億億億度,最低溫-273.15℃?

適宜的溫度是生命生存繁衍的必要條件,生命體就像是一個復雜的機器,運行的內部過程復雜企且多樣,有些需要合適的溫度條件。

地球是太陽系的八大行星之一,繞著太陽進行公轉,和太陽的平均距離是1.5億公里,這個距離被定義為「天文單位」。太陽內核處一直在進行著氫核的聚變,每秒鐘有6億噸氫發生聚變反應生成5.95億噸氦,在整個過程中會有500萬噸質量的損失,它們會按照愛因斯坦質能方程轉化為能量,最終以光和熱的形式向外傳播。

處在太陽系的不同公轉軌道上,受到的太陽輻射能自然是不同的,例如水星、金星就如人間煉獄一樣,而距離較遠的冥王星,曾經的第九大行星,就是一個完全冰凍的世界。

而地球處在一個恰當的位置上,接收到的太陽輻射能也恰恰好,這讓地球上有適宜的溫度,可以滿足生命的生存發展需求,地球所處的位置就是太陽系的宜居帶。

出了地球,迎接人類的將是極寒或者是熾熱高溫,最低溫以-273.15℃為極限,而最高溫度可以達到1.4億億億億攝氏度,到底是誰在背后設定了宇宙的溫度極限?

溫度并不等于熱量

在我們的常規意識里溫度和熱量是相同的,我們每天聽著天氣預報來決定第二天是否添加衣物保暖,或者減少衣物降溫,簡單來說我們用冷熱來定義溫度,或者說僅靠溫度來決定冷熱。

舉一個簡單的例子,我們知道太陽表面的溫度可以達到5500攝氏度,而其日冕層的溫度可以達到100萬攝氏度,人類目前擁有的最高熔點物質是五碳化四鉭鉿化學式為Ta4HfC5,它的熔點可以達到4215攝氏度。但是人類的帕克太陽探測器卻可以在100萬攝氏度高溫的日冕層活動,而不會融化。

這里其實就完全說明了溫度和熱量之間的差異性,溫度其實只是在表明微觀粒子的熱運動劇烈程度,而熱量是物體實實在在接收到的能量。蒸桑拿60攝氏度的高溫跟泡澡60攝氏度的水,給人的感覺必然是完全不一樣的。

宇宙最高溫、最低溫由誰確定?

宇宙中的溫度是有極限的,最低-273.15℃被稱為絕對零度,最高1.4億億億億攝氏度,被稱為普朗克溫度,那麼這個溫度的上下極限到底是由誰來設定,為什麼不能是其它數字?

宇宙最高溫

溫度是微觀粒子熱運動的劇烈程度,可以參考為粒子的運動速度,目前的主流觀點認為宇宙誕生于138.2億年前的宇宙大爆炸,而在宇宙大爆炸的瞬間就是粒子熱運動最為激烈的時刻,而在宇宙大爆炸之后溫度將會一直降低。

因此說宇宙誕生之初的溫度為最高1.4億億億億攝氏度,而從另外一個角度來考慮有著光速的限制,微觀粒子的熱運動劇烈程度也是有最高限制得。

宇宙最低溫

宇宙中的最低溫度被稱為絕對零度,它是熱力學中的最低溫度,絕對零度就是絕對零度就是(0K、-273.15℃、-459.67℉),它和最高溫度不同算是一種理論上的最低值,現實生活中是完全無法達到的。

目前為止宇宙中發現的最低溫度是在距離我們3000光年遠的旋鏢星云,它是一顆瀕死恒星周圍的一團氣體云,因為熱量都被抽走導致溫度極速降低,那里的溫度大約是零下272攝氏度也就是1開爾文左右。而在實驗室中的最低溫度,科學家將鐿原子冷卻到僅比絕對零度高十億分之一攝氏度,這是最新的研究成果已經被發表在《自然·物理》期刊上。

所謂的絕對零度就是讓微觀粒子全部停止運動,但這種情況是不允許存在的,從量子力學的角度出發,不確定性原理其實很簡單就是在說明微觀粒子的不確定性。如果微觀粒子動能為零停止運動,那麼不確定性原理豈不就「確定」了,因此說這種情況不可能發生。

說在最后

最高溫度普朗克溫度以及最低溫度絕對零度,是目前科學體系支持的結果,也是有理論依據的,并且從現有的情況來看也沒有發現過打破溫度極限的案例。至于說由誰來設定?只能說宇宙就是這樣的發展規律吧!


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