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絕對(duì)零度只有-273.15度,為何人類永遠(yuǎn)無(wú)法突破絕對(duì)零度?

 宇宙時(shí)空探索 2022-03-22

生活中,我們每天都能感受到溫度高低對(duì)我們生活的影響,但溫度到底是什么呢?

宏觀上講,溫度就是衡量物體冷熱程度的量,但顯然這種定義有點(diǎn)抽象,沒(méi)有具體說(shuō)明溫度的概念。

微觀上講,溫度就是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度的體現(xiàn)。也就是說(shuō),微觀粒子(分子)的運(yùn)動(dòng)就體現(xiàn)出了溫度。運(yùn)動(dòng)越是劇烈,溫度就越高。

地球上哪里的溫度最高?地核,溫度高達(dá)六千度以上。太陽(yáng)表面溫度達(dá)到5500度,而太陽(yáng)核心溫度可以達(dá)到1500萬(wàn)度以上。

高溫在宇宙中很常見(jiàn),主要出現(xiàn)在大質(zhì)量天體,比如說(shuō)恒星,白矮星,中子星,中子星溫度可以達(dá)到上億度以上。

那么高溫有沒(méi)有上限呢?會(huì)不會(huì)無(wú)限高呢?

一開(kāi)始,科學(xué)家認(rèn)為溫度是沒(méi)有上限的,畢竟科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太多大質(zhì)量恒星的溫度都比太陽(yáng)高很多。

但是,隨著新理論的不斷涌現(xiàn),科學(xué)家終于明白,高溫也是有上限的,并不能無(wú)限高。

愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論告訴我們,光速是萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的速度極限,這就意味著溫度并不能無(wú)限高。

如今科學(xué)家們已經(jīng)計(jì)算出宇宙的溫度上限,所謂的“普朗克溫度”,大約1.4億億億億度。

普朗克溫度是宇宙大爆炸發(fā)生一個(gè)普朗克時(shí)間時(shí)的溫度,是宇宙中的最高溫度。因?yàn)槠绽士藭r(shí)間是有意義的最小時(shí)間單位,任何小于普朗克時(shí)間的單位都沒(méi)有意義。普朗克溫度與光速,普朗克常數(shù),普朗克質(zhì)量,萬(wàn)有引力常數(shù)有關(guān)。

有人可能會(huì)說(shuō),在普朗克時(shí)間之前的溫度不是比普朗克溫度更高嗎?

確實(shí)很有可能。但那不是現(xiàn)代物理學(xué)所能描述的,正如剛才所說(shuō):普朗克時(shí)間是有意義的最小時(shí)間單位,小于普朗克時(shí)間就失去了意義,再去談溫度也就沒(méi)有意義了。

不過(guò),科學(xué)家們推測(cè),宇宙大爆炸發(fā)生時(shí)的奇點(diǎn)是一個(gè)密度溫度無(wú)限高的致密小點(diǎn),奇點(diǎn)的溫度究竟有多高?已經(jīng)不是我們能解釋的了。

最高溫是普朗克溫度,那么最低溫呢?

絕對(duì)零度,零下273.15度,大家應(yīng)該都知道。理論上講,當(dāng)微觀粒子完全靜止時(shí),溫度就是絕對(duì)零度。

但量子力學(xué)的不確定性告訴我們,粒子的位置和速度是不確定的,兩者的不確定性的乘積必須不小于一個(gè)常數(shù),用公式表達(dá)就是:

從公式中可以看出,粒子的速度不可能為零,微觀粒子是不可能靜止的,時(shí)刻在不停地運(yùn)動(dòng)當(dāng)中,它們的運(yùn)動(dòng)也是不確定的,我們不能確定粒子的下一刻到底在什么地方,只能用概率去描述。

科學(xué)家通過(guò)不斷努力,曾制造出非常接近絕對(duì)零度的低溫,但就是達(dá)不到絕對(duì)零度,它就是宇宙溫度的溫度下限,就像光速是宇宙的速度上限一樣。

天文學(xué)家們?cè)谟钪嬷幸舶l(fā)現(xiàn)了非常接近絕對(duì)零度的存在,“回力棒星云”,那里的溫度低至-272度,僅僅比絕對(duì)零度高了一度多而已。

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