宇宙最高溫度為1.4億億億億℃,最低溫度為何卻只有-273.15℃?

天空之城 2022/07/17 檢舉 我要評論

宇宙的浩瀚和神秘是我們人類想象不到的,雖然我們的科技已經發展到如今的程度,但我們對宇宙的探索也不過算得上是「初出茅廬」的水平。

截止到現在,我們就連離開地球都壓力巨大,而離開太陽系探索更深層次的宇宙深空,也就僅限于在腦海中想想了……

溫度大概是宇宙中最神秘的「現象」之一,說起來你可能會感到不可思議, 目前科學家已經通過科學手段推算出了宇宙中兩個溫度的極端,宇宙最高溫和最低溫的數值。

根據推算, 宇宙最高溫的數值為1.4億億億億攝氏度(普朗克溫度),而宇宙最低溫的數值則僅有-273.15攝氏度(絕對零度)。

那問題來了, 宇宙這兩個極端溫度的數值究竟是如何得到的?又為什麼宇宙最高溫度為1.4億億億億攝氏度,最低溫度卻只有-273.15攝氏度呢?

普朗克溫度

大川先來跟大家聊一下宇宙的最高溫度,也就是 普朗克溫度。不過在此之前,大家還需要先弄清楚另一個概念,那就是 光速

光速簡單理解就是 光在真空中的傳播速度,約為30萬千米每秒,這是目前科學界公認的最快速度, 任何有質量的物體都不可能達到甚至超過這個速度。

因為 根據愛因斯坦提出的狹義相對論動能公式,當有質量的物體速度達到光速時,維持它運動的能量也就趨近于無限大,這在現實中是不可能實現的。

在普朗克溫度的計算公式中, 普朗克溫度正是基于光速計算出來的。

這個數值也正是大川在前面提到的 1.4億億億億攝氏度。在這樣的溫度之下, 任何物質元素都將化為「灰燼」,而它也因此被定義為了理論上的宇宙最高溫度。

宇宙大爆炸

而根據科學家的推測, 普朗克溫度曾在宇宙中出現過一次,這一次同樣也是它唯一出現的一次,那就是宇宙大爆炸發生的瞬間。

根據現代最流行的宇宙學說, 我們身處的整個宇宙,在最初的時候其實只是一個奇點。在這個奇點發生爆炸(宇宙大爆炸)后,噴發出的氣體塵埃,在經過數億年的時間,最終演化成了我們現在看到的宇宙中的一切。

而在宇宙大爆炸發生的第一個瞬間,也就是第一個單位普朗克時間(10^-43秒),爆炸中心的溫度就達到了普朗克溫度。

基于此,現代科學界也就普遍認為, 任何比這個溫度更高的溫度是沒有任何意義的,起碼在我們生存的這片宇宙中,是沒有任何意義的。

絕對零度

跟普朗克溫度相反的另一個極端溫度,也就是被稱作 絕對零度的宇宙最低溫度。

絕對零度的溫度數值非常精確,為-273.15攝氏度,這個數值同樣也是科學家通過公式推導出來的。

在中學時期,我們曾接觸過一個簡單的物理方程—— 理想氣態方程

理想氣態方程,r=R/M

根據理想氣態方程,通過外推的方式我們可以得知, 當溫度降低至-273.15攝氏度的時候,氣體的體積或者壓強就將減小到0,無法再繼續下降。

因此,-273.15攝氏度也就是低溫的極限。

絕對零度的溫度圖線

而基于理想氣體分子平均動能跟溫度的關系, 當溫度降低至-273.15攝氏度時,氣體分子的平均動能也將降低至0。

此時此刻,所有氣體分子都將停止運動,你可以理解為這些氣體分子被完全「凍結」了。

也正是因此,絕對零度實際上是非常可怕的存在, 在這樣的溫度之下,世間的一切都將被徹底凍結,并且這里的凍結是從最基礎的原子意義上來說的……

回飛棒星云

目前科學家在宇宙中發現的最低溫度,來自于距離地球5000光年遠的半人馬座方向的 回飛棒星云(Boomerang Nebula)

回飛棒星云

回飛棒星云的溫度僅有-272攝氏度,比絕對零度只高出了1.15攝氏度,這比宇宙背景輻射溫度(可以理解為宇宙真空的溫度,-270.42攝氏度)還低。

之所以它的溫度會如此之低,這跟它的中心星持續以60萬公里每小時高速噴發云氣、塵埃有關。

由于它的中心星本身就處于瀕死的狀態,溫度非常低。而在持續噴發云氣、塵埃的過程中,隨著這些氣體塵埃的極速膨脹,溫度也就降了下來。

寫在最后

前面,大川提到了 宇宙微波背景輻射溫度,由此也衍生出了一個非常有意思的現象。

舉例來說, 太陽表面的溫度高達5500攝氏度左右,在這種溫度下,就連遠在1.5億公里外的地球都能被「烤熱」,但是太陽附近的宇宙真空環境溫度,卻是接近于絕對零度的宇宙微波背景輻射溫度。

這種現象產生的原因,究竟是什麼呢?

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