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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)值。 根據(jù)推算,宇宙最高溫的數(shù)值為1.4億億億億攝氏度(普朗克溫度),而宇宙最低溫的數(shù)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(shù)值究竟是如何得到的?又為什么宇宙最高溫度為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(jù)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(xiàn)實中是不可能實現(xiàn)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。 普朗克溫度推算公式 這個數(shù)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(jù)科學家的推測,普朗克溫度曾在宇宙中出現(xiàn)過一次,這一次同樣也是它唯一出現(xiàn)的一次,那就是宇宙大爆炸發(fā)生的瞬間。 根據(jù)現(xiàn)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(fā)生爆炸(宇宙大爆炸)后,噴發(fā)出的氣體塵埃,在經過數(shù)億年的時間,最終演化成了我們現(xiàn)在看到的宇宙中的一切。 而在宇宙大爆炸發(fā)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(xiàn)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(shù)值非常精確,為-273.15攝氏度,這個數(shù)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(tài)方程。 理想氣態(tài)方程,r=R/M 根據(jù)理想氣態(tài)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(xù)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(fā)現(xiàn)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(xù)以60萬公里每小時高速噴發(fā)云氣、塵埃有關。 由于它的中心星本身就處于瀕死的狀態(tài),溫度非常低。而在持續(xù)噴發(fā)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(xiàn)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(huán)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(xiàn)象產生的原因,究竟是什么呢? |
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