2022年最高的温度(为什么最低温度只有-273度)
温度时时刻刻影响着我们的生活,我们都知道宇宙中的最低温度是零下273.15度,这也被称为绝对零度。当然,根据热力学定律,这个温度是达不到的。那宇宙中的最高温度是多少呢?
今天,我们就来聊一聊这个问题。
温度
要搞清楚这个问题之前,我们得先搞清楚:温度到底是什么?
实际上,关于温度的定义有很多。但是,人类对于热现象的微观理解直接促进了热力学的发展。因此,我们这里就聊一聊:从微观视角来看,热(温度)到底是什么?
具体的定义是这样的:
物体分子热运动的剧烈程度。
那该如何理解呢?
我们都知道,万物都是由微观粒子构成的,但是粒子并不是整齐划一地排排队。实际上,粒子是时刻都在动。
这一动,就有快又慢。不过我们不可能一个个粒子去看,更没办法一个个去测量。不过,我们可以采用统计的方法。也就是说,从整体上看粒子的平均动能。平均动能越大,说明温度就越高;平均动能越慢,说明温度越低。
这里补充一点,很多所说太空中是绝对零度的,这句话是有问题的。首先,温度要体现出来的前提是有足够的粒子数。而宇宙空间是十分空旷的,平均密度不到一立方米一个氢原子的水平。因此,太空实际上并不能够显现温度。其次,太空也不是绝对零度,而是2.7K,比绝对零度高2度,至于为什么,我们下文会说到。
最低温度知道了最低温度,我们再来看看最低温度零下273.15度是咋来的?
上文也说到了,从微观视角上看,温度的本质是粒子的热运动。所以,其实我们很容易得出,当分子的平均动能最低时,所对应的就是绝对零度。
照理说,应该就是粒子一动不动时所对应的温度。不过,事实并非如此。描述微观粒子的理论是量子力学,就是下图里的这群大佬共同努力搞出来。
而在量子力学当中有一条基础理论叫做:不确定性原理,是由科学家海森堡提出来的。
这个理论的意思是说,粒子的位置信息和动量信息是不可能同时被测得的,而且当你测到了它的位置信息时,动量信息就测不准了,反之亦然。这是因为观测本身都会影响到粒子。
所以,根据不确定性原理,这些粒子在绝对零度时,并非是完全不动的,而是在一定范围内振动。而此时的温度根据理论进行计算,就是零下273.15度。不过,按照热力学定律,绝对零度是达不到的,当然,科学家是不可能被理论所阻扰的。科学家一直在试图在实验室实现绝对零度,但至今也没有成功。
最高温度
说了完最低温度,我们来说说最高温度。客观地说,我们是不知道温度有没有上限的。因为我们不知道的事情其实还有很多。我们现在只能说,按照目前的理论,我知道从宇宙诞生之初至今的最高温度是多少。那这个温度是多少呢?
这要从宇宙大爆炸说起,话说我们的宇宙起源于138亿年前的一次“奇点"大爆炸。
按照目前的理论,我们无法描述“奇点”的物理学。我们所知道的事情都是大爆炸之后的事情。而大爆炸之后,宇宙的空间开始剧烈地膨胀。
宇宙初期的温度实际上非常高,随着空间的膨胀,温度逐渐下降,持续至今,温度降到了2.7K,也就是比绝对零度高了2.7度。(所以,太空的真实温度是2.7K,而不是绝对零度,但由于粒子数太少,很难显现出这个温度。)
根据这个认知,我们这个宇宙的最高温度实际上就是宇宙大爆炸的一刻的温度。那这个温度是多少呢?
科学家通过理论计算也得到的结果是:1.4*10^32K。也就是1.4亿亿亿亿度。
这里要补充一点,这个宇宙大爆炸的第一刻是有说法的。根据量子力学,我们所知道的其实是宇宙大爆炸之后10^-43秒的温度,这是10^-43秒是我们目前已知的最小的时间跨度,也被我们称为:普朗克时间,因此,这个1.4亿亿亿亿度也被我们称为普朗克温度。那么问题来了,我们其实并不知道在普朗克时间以内发生了什么,温度是多少。
因此,普朗克温度只能说是按照目前的理论,我们所知道的温度上限值。
好了,关于温度的下限值和上限值,我们就说到这里。
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