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1 # 宇宙萬物說
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2 # 講科學堂
溫度從微觀上來講,是反應物體分子熱運動的劇烈程度的一個物理量。
從微觀粒子上來分析溫度的上下限就很容易得到結果。當物質分子不運動了,就是最低的溫度,但根據量子力學裡的不確定原理(粒子的位置和動量不能同時確定)可知,粒子一定有一個最小的動能,科學家就將粒子處於這個最低能量狀態時的溫度命名為“絕對零度”。因為空間中必然存在著能量,所以,絕對零度只能無限接近,不可達到。
從粒子的運動來看溫度的上限,很容易就能想到:物質的運動速度不可能達到光速,所以粒子震動的速度是有限的,溫度也就是有上限的。但實際上這個溫度是不可能達到的,因為宇宙的能量是有限的。宇宙所有的能量最為集中的時候就是宇宙大爆炸的那一瞬間,這一刻的溫度就是本宇宙最高的溫度。這個溫度被命名為“普朗克溫度”。
圖:馬克斯·普朗克
普朗克溫度為: 1.416808(33) × 10∧32開。括號中的兩位是不確定性。這個值是計算出來的。
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3 # 優美生態環境保衛者
宇宙間的溫度,既有下限,也有上限。
溫度是表示物體冷熱程度的物理量,在熱力學上,人們把溫度作為衡量物體內部微粒平均動能宏觀表現的一種標量,也就是反映物體內部熱運動的劇烈程度。熱力學溫度則是熱力學中對溫度的一種定義方法,就是用一種都是正數來表示的溫度方法,把最低的絕對溫度,定義熱力學溫度的0度,符號是T,單位K(開爾文)。
由於組成物體的微觀粒子在無時無刻地不斷運動,由此而帶來的振動、碰撞和摩擦產生的能量釋放。這種能量的釋放過程,帶來物質冷熱的變化,因此,熱力學引入了溫度這個概念。當微觀粒子間振動、碰撞和摩擦越劇烈,外在表現為溫度值就越高,反之就會越低。
下面我們根據熱力學中對溫度的定義,就不難理解溫度存在的上限和下限的原因了。
什麼條件下,會產生最低溫度呢?就是物體內部每個微觀粒子都達到靜止狀態,沒有振動,相互之間沒有碰撞,沒有摩擦,釋放能量為0。這就是絕對零度的狀態,透過蓋·呂薩克定律,可以得出,宇宙間的絕對最低溫度為-273.15攝氏度。實際上我們只能創造無限接近這個狀態的條件。
與之相反,當微觀粒子運動越劇烈,其振動、碰撞和摩擦就越激烈,溫度就越高。那麼,由於微觀粒子的運動速度有上限,就是光速,在怎麼也超不出光速的前提下,溫度就必然有個上限。普朗克在100年前,透過反覆的實驗研究,提出了一個常數概念,我們把它叫做普朗克常數,人們用這個常數與光速和其它物理量計算物質的溫度。透過計算,人們得出宇宙間理論狀態下的一個最高溫度,其值為1.4168*10^32K,後來人們把這個溫度叫做普朗克溫度。
實際上這個溫度現實宇宙中也沒有一個地方能夠達到,人們推測只能在宇宙奇點大爆炸的瞬間可以有這麼高的溫度。
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4 # 千辰澯海天文宇客
我們知道宇宙最低溫度下限就是絕對零度,為0開爾文,也就是-273.15℃。宇宙最高溫度除了黑洞的奇點有無限高溫之外,就是普朗克溫度,為1.4×10³²℃,也就是1.4億億億億℃。
宇宙溫度下限——絕對零度我們在上學時就已學過,溫度是物體冷熱的程度,是物體內部分子運動的劇烈程度,分子運動越劇烈溫度會越高,反之越低。如果物體內的分子乃至最基本粒子都停止了運動,物體內部的動能將降到最低,它的溫度會隨之降至最低,在熱力學上將這個最低溫度稱為“絕對零度”,這是宇宙中最低溫度,為0開爾文,等於-273.15℃。
絕對零度由英國科學家湯姆遜.開爾文在1848建立。原來科學家認為當一個物體溫度降至絕對零度時不能再低了,而宇宙中的物體不能降至這個溫度下限,只會無限逼近。然而現在科學家在實驗室中已做到了距離絕對零度僅1/50億的溫度,這是目前宇宙中的最低溫度了,卻是由人類首次實現。
以前宇宙中的最低溫是布莫讓星雲的溫度,為1開爾文。也就是-272.15℃。
宇宙溫度上限——普朗克溫度我們總以為太陽表面溫度高達6000℃已經是很高的溫度了,其實在宇宙誕生的約138億年前的溫度才是最高溫度,高達1.4億億億億℃(T=1.416833×10³²K),這個溫度只維持了10⁻⁴⁴方秒。也就是普朗克時間內的溫度,於是將這個溫度稱作“普朗克溫度”,又稱“普朗克熱點”,國際符號為TP。
宇宙大爆炸後的10⁻³²方秒,便降到了10000億億億℃。當然宇宙隨著超速膨脹,會越來越冷。
當然,宇宙在大爆炸之前溫度達到了無限,現在黑洞內的奇點也是如此。而那些不是現在的物理及科學能解釋得清楚的,它遠遠超出人類的認知範圍了。
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5 # 科學黑洞
宇宙溫度下限是絕對零度,宇宙溫度上限是普朗克溫度,我們接下來依次看一下宇宙溫度的極限值。
絕對零度宇宙中的任何物體都具有溫度,這個溫度如果從微觀角度來看那便是微觀粒子的熱運動,例如分子、原子等劇烈運動程度外在的體現就是這個物體的溫度。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈曲線圖,我們可以知道物質的溫度與其微觀粒子的平均動能成正比,微觀粒子運動越劇烈,物質表現的溫度越高。那麼存在一種情況,微觀粒子理論上平均動能達到量子力學的最低點,這個時候物質表現的溫度就是絕對零度(0k、-273.15℃),而根據量子力學的不確定性原理,粒子不可能出現靜止的狀態,因此說理論上宇宙溫度只能無限接近於絕對零度。目前我們發現的宇宙最低溫度是回力棒星雲,溫度低至零下272℃,比絕對零度高1.15℃,也是宇宙中發現的唯一溫度低於背景輻射的天體。回力棒星雲位於半人馬座方向,距離我們5000光年。
普朗克溫度按照物理宇宙學的定義,普朗克溫度是宇宙大爆炸之初(普朗克時間內)的溫度,之後宇宙隨著不斷的碰撞從減速膨脹到加速膨脹,理論上溫度只會越來越低。主流科學認為宇宙中任何比普朗克溫度高的都是毫無意義的,普朗克溫度T=1.416833(85) × 10的32次方K(開爾文)。目前已知的宇宙中高溫地帶大多數都是恆星的中心,而類似於黑洞那樣的特殊天體,其內部情況現代科學是無法探知的,猜測溫度可能會更高。實際上從另外的角度來說,微觀粒子運動的速度極限也受相對論限制,最快也達不到光速,這樣來考慮溫度也是有上限的。
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6 # 墨子方陣
如果要知道宇宙中的最高溫度與最低溫度,就需要理解什麼是溫度?它與什麼因素有關?
溫度是用來表示物體冷熱程度的物理量,它是組成物質的微觀粒子做無規則熱運動劇烈程度的宏觀表現。也就是說,物體的溫度是由組成物體的粒子做無規則熱運動的速率決定的,粒子做無規則熱運動的速率越低,它的溫度就越低;微觀粒子做無規則熱運動的速率越高,它的溫度也就越高。
那麼,讓構成物質的粒子的熱運動速率無限減小直至運動速率為0,這個時候它的溫度不就是最低溫度了嗎?根據理想氣體的狀態方程,進行外推,可以得到,當溫度降低到-273.15℃時,理想分子的平均動能為零,這時粒子是靜止的,這時物體的溫度也就是理論上能達到的最低溫度。
但這只是理想情況由上圖,在壓強一定時,體積跟溫度成正比,那麼溫度降到0K(-273.15℃)時,難道氣體體積為零?意思是物質消失不見了?所以說,這只是一種推導,實際情況是不可能達到絕對零度的,只能使溫度儘可能接近絕對零度。
粒子做無規則熱運動有最低速率,那麼,最高速率總不會有上限了吧?還真有最高上限,這個上限就是光速c!在量子力學中,有一個最高溫度,就是“普朗克溫度”,大概是1.41683385×10^32 K,就是讓粒子的速度變成光速推導的。
但是,組成物質的粒子如果被加速到光速,運動速率就是宇宙最大速度,這時能量趨於無限大,這個物質的溫度也應該最高,但是如果粒子速度達到光速,它質量就趨於無窮大,這個粒子不就變成了黑洞了嗎?
所以說,普朗克溫度只可能出現在宇宙大爆炸第一個瞬間,因為這個瞬間宇宙最為緻密,大爆炸以後宇宙在膨脹,就再也不會出現普朗克溫度了。
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7 # 雨晴雨昕931
溫度和物質的運動有關,最低溫度對應於所有原子都靜止的情況,高溫就不一定了,原子的運動激烈程度怕是沒有上限,所以溫度沒有最高,只有更高。
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8 # 科普新視界
好問題!
宇宙最低溫度為零開(開爾文,一種溫度單位,0K=-273.15℃),零開意味著一切全部是凍結的。全部物體都沒有動能。
最高溫度呢?
開個腦洞,宇宙是怎麼來的呢?爆炸,爆炸初期的溫度,應該就是宇宙最大溫度了,因為,在宇宙這個體系中,不可能出現比初始溫度更高的溫度,這不科學。
所以,最高溫度應該是1x10^n,n是多少,我也不知道。
回覆列表
論上是不存在“最高溫度”這個概念的.因為粒子的能量即表徵著溫度,而粒子的能量是沒有限制的.已經發現過的單個宇宙射線粒子能量高達10^21電子伏,對應波爾茲曼溫度高達10^26開爾文.
如果你說的溫度特指大量粒子的熱運動溫度,那麼目前可以計算出的是超新星爆發前夕的恆星核心溫度.它高達60億開爾文.
我們平常用的攝氏度和熱力學溫標存在轉換關係,但後者是更接近物理學本質的一個測量方式,前者只是出於我們的生活習慣,定一個在人類生活中更好用的標度而已。
熱力學溫標下的“絕對零度”,“絕對”二字不是白寫的,在這個溫度下,系統不存在熱量。要達到絕對零度,需要有一個孤立系統,並且這個孤立系統一開始的溫度就是0,實際中我們做不到。假如是非孤立系統,只能給它降溫,但是隻要是有能量交換,就不可能把它的溫度降到