人类逃不过的三大物理定律 1.4亿亿亿亿和-273.15

温度，是我们认为规定，用来测量物体内分子和原子平均动能的物理量，一般来说，温度和其动能成正比。

温度变化

在地球上，自然环境中最冷的地方是南极洲，曾经测得最低温为零下94.2℃，而最热的地方是位于伊斯兰共和国境内的卢特沙漠，最高温度可以达到71℃。

但是这点温度，对于整个宇宙空间来说根本不算什么。

接下来我们就来了解一下，宇宙最高温1.4亿亿亿亿℃和最低温-273.15℃有多恐怖？如果达到这个温度，物理定律将全部崩溃，时空也失去意义。

南极洲

定义温度

宇宙中所有的物质都是由各种粒子构成，正如前面所说，温度越高的物体，内部的分子和原子随机运动或振动就会越强烈，反之亦然。

因此科学家们根据粒子的运动，并通过实验结合理论，得到宇宙最高温度和最低温度。

当粒子停止运动的时候运动的时候，就不再产生热运动，此时也就达到了绝对零度，我们可以用0开尔文表达，也就是零下273.15℃。

物质由粒子构成

而当粒子在运动过程中的，在一定压力下，运动速度接近光速时，能量就会趋于无限大，达到温度极限，也就是绝对的最高温度。

此时的温度可以达到1.4×10^32开尔文（普朗克温度），也就是1.4亿亿亿亿℃，这个温度仅在138亿年前，宇宙大爆炸时，在10^-43秒达到的温度。

宇宙最高温度

在宏观世界中，当物体的内能增加，分子和原子就会挣脱化学键，自由度就会相对变高，而此时物体就会从固态变为液态，最终变成气态。

水在不同温度下的三种状态

在地球上，我们对温度的感知还比较强烈，比如当温度为0℃时，冰可以逐渐开始融化。

当温度达到100℃时，在标准大气压下，水会沸腾。

当温度达到500℃时，铁会发出暗红色的光芒，1000℃时，会发出白色的光芒，达到1538℃时，它就会开始融化。

在这之后，铁和其它熔点更好的物质，还可以持续升温，即便最后变成气态也是如此，此时分子和原子的运动会变得更加猛烈。

烧红的铁

温度开始剧烈增长后

当温度升高至大约5000多℃时，就可以达到太阳表面的温度，此时分子会被电离成单个的原子。

电子因为获得了个更高的动能，所以逐渐脱离原子核，变成带正电的原子核和带负电的自由电子，这就是我们所说的等离子体。

当温度升高至大约200亿℃时，原子核开始被电离，此时其中的质子和中子会挣脱束缚，变成单个自由的粒子。

等离子体

当温度升高至大约2万亿℃时，质子和中子已经失去稳定的结构，它们会被分解成更基础的夸克和胶子。

此时二者就会形成一个致密的等离子体，也就是我们所说的夸克汤，其密度可以达到400亿吨/立方厘米。

在地球上，我们可以通过相对论性重离子对撞机，将粒子加速到亚光速，就可以获得这样的状态。

甚至在大型强子对撞机中，通过用高能质子猛烈撞击重原子核，还可以获得温度达到10万亿℃的夸克汤。

大型强子对撞机

等到温度达到大约2000亿℃时，这些带质量的粒子，就会像光子一样，不受质量的约束，开始以光速运行，不过此时的温度还没有达到宇宙最高温度。

因为据科学家推算，在宇宙诞生的那天，其膨胀的速度一度超越光速。

当宇宙温度达到1.4亿亿亿亿℃时，宇宙暴涨阶段刚好结束，此时真空能量已经衰变到物质中，并产生了所有的物质粒子。

这个过程被科学家们称为再加热，所以最终才能达到普朗克温度。

宇宙大爆炸

宇宙最低温度

接下来，再来看一下绝对零度。

如前面所说，粒子不再运动，动能减少为零时，对应的温度就会达到零下273.15℃。

虽然宇宙曾经达到过极限的最高温度，但是绝对零度却没有办法达到。

纵观整个宇宙，尽管我们知道一些恒星的表面温度很高，但实际上宇宙的平均温度却只有零下270.42℃，这是宇宙微波背景辐射的温度。

宇宙微波背景辐射

目前我们在宇宙中发现的最冷的地方，是回力棒星云，这里的温度达到零下272℃，但仍旧比绝对零度高了1.15℃。

而这已经是宇宙大爆炸后，留存至今的“热度”了。

曾经科学家通过实验，也曾无限接近绝对零度。

目前，麻省理工大学的科学家，还利用激光冷却钾钠气体分子的方式，将其冷却至1℃的5000亿分之一，仅比绝对零度高了百万分之几℃。

金属铑

再往下，科学家也没有办法继续探索下去了。

因为所有物质的导热率都会随着温度的降低而下降，那么此时要从其他地方将热量向外传导就需要很长的时间。

并且变化单位温度，吸收或释放的热量，也会随着温度的降低而减小，也就是说，不管是多么微小的行为，都相当于给物质加热。

粒子不会停止运动

因此我们可以说绝对零度是一个理想的、无法达到的、完美的冻结状态。

无法达到绝对零度

之所以无法达到，在爱因斯坦看来，宇宙中不存在绝对静止的参照物，任何物体都处于运动中，静止只能是相对的。

而在量子力学看来，粒子更加不会停止运动，因为根据不确定原理，粒子的位置和动能不会被同时精准地测量出来。

所以这样看来，宇宙中粒子的动能永远大于零，而温度永远也比绝对零度高。

在热力学第二定律，也就是熵增原理中，宇宙的能量最终会逐渐耗尽，但这仅限于是有用能量。

熵增

此时它们会逐渐转变为热能，宇宙能够保持最低，但非零的能量状态，温度虽然会达到热平衡，但一定不是绝对零度。

时空无意义

不管是绝对最高温度，还是绝对零度，我们人类都很难驾驭。

如果假设可以达到这两个温度，那么我们现存的物理定律就会全部崩溃，而时空也会变得没有意义。

绝对最高温度，是宇宙在大爆炸之初产生的。

现在要达到或超过这一温度，无异于是将整个宇宙都“重启”，再次经历一次宇宙暴涨。

我们不可能重启宇宙

而在此之前，时空根本就没法存在，甚至现代物理学的两大基石，相对论和量子力学也会崩溃。

因为如果达到这个温度，微观量子就会接近静止，原子的振动会停止，分子无法进行热运动，而物质也会失去基本的相态。

所有此时，不仅时间和空间会失去意义，整个宇宙空间也会消失。

不过即便如此，科学家对与宇宙温度的研究，始终没有停止，并且在这个过程中，还会不断创新更高级的技术，创造出更厉害的装备。

爱因斯坦提出相对论

就像在努力达到绝对零度时，科学家们就发现了温度仅为零下196℃的液氮，和温度低至零下253℃的液氢。

现在我们的火箭常用的燃料就是液氢，由此可见，科学家们在对宇宙温度的研究中，可以进一步促进对整个宇宙的研究。

通过假设并不断验证的结果，来找到宇宙及各类天体形成的机制，或许还可以找到人类在其他星球上生存的方法。

液氢

这样一来，即便最后地球毁灭，人类文明仍然可以继续发展，甚至还能往更高级的文明进步

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