为什么高温没有上限,低温却有绝对零度的限制?
高温也存在上限 , 它是宇宙最初的温度 , 也是孕育出宇宙的温度 。 绝对零度虽然是低温的极限 , 但只是理论值 , 永远不可能达到 。 下面我们来聊聊怎么回事:
什么是绝对零度
在冷水中倒入热水 , 冷水会变热 , 称为温度的变化 , 即热水把自己部分热量传递给了冷水 。 下面做个试验 , 在冷水与热水中滴入墨水 。

文章图片
图:左边热水(温度高) , 右边常温水(温度低) 。
实验中后滴入墨水的热水 , 墨水扩散速度反而更快 , 这说明烧杯中温度更高的水分子运动速度更快 。
温度是表述物质的冷热程度的物理量 , 但其本质是描述物质的平均动能 。
简单理解:车子停在你面前 , 对你毫无威胁可言 , 但如果行驶在高速公路上 , 它就具备了很高的能量 , 这就是动能 。
当分子速度为零 , 也就不具备动能 , 那么物质就达到了最低温度0K(K , 热力学温度单位开尔文) , 即绝对零度 , 换算成摄氏度为-273.15度 。
绝对零度无法达到
冰冷的冥王星 , 离太阳较远 , 最低温度可达到-248度 。 太空的背景温度为-270.3度 , 约为3K 。 宇宙诞生时温度极高 , 随之发生了爆炸 , 迅速膨胀 , 就像是炸弹爆炸 , 核心高温 , 随着
能量向外扩散 , 从微小的空间释放到更大的空间 , 温度逐渐冷 。

文章图片
宇宙大爆炸138亿年后的今天 , 宇宙空间中的余温冷却到了3k , 天文学中称为宇宙微波背景辐射
(能量以电磁波的形式向外辐射) 。

文章图片
距离地球5000光年的“布莫让星云” , 宇宙自然形成的“极地” , 最低温只有-272度 , 比宇宙背景还低两度 , 比绝对零度高一度 。
这是不正常的 , 比如室温20度 , 屋里静置的水 , 无论如何也不可能低于20度 。

文章图片
布莫让星云是演化到末期的恒星以164km/s向外抛洒的气体分子所形成的星云 。 科学家分析 , 太空接近于真空 , 因此热传递慢 。 星云在内部的压强作用下会在真空中膨胀 。 就像爆炸的过程:
气体绝热膨胀 , 体积增大 , 温度就会下降 , 因此温度低于背景温度 。
实验室中创造的最高纪录是0.5*10^(-7)K , 却无法达到0k 。 因为绝对零度 , 意味着绝对静止 , 万物都是相对的 , 你不动 , 地球也在动 , 因此你测不到 。

文章图片
量子力学中 , 测不准原则描述了你无法同时测得粒子的位置与动量 , 而绝对静止意味着速度为零、动量为零 , 显然是不可能存在的 , 因此绝对零度可以无限接近 , 但永远达不到 , 因为组成物质的基本粒子要维持量子特性 。
宇宙中存在最高温度
既然运动决定温度 , 如果分子速度无限快 , 动能无限大 , 温度不就可以无穷大了?既然是物质就要遵守物质的基本法则 , 物质的速度是有极限的 。
《狭义相对论》中描述了
信息、能量的传播无法超越光速 , 静止质量不为零的物质无法达到光速 , 只能无限接近 , 因此温度也有了上限 。

文章图片
除此之外 , 宇宙万物都源于最初那场炙热的能量喷发 , 因此最高温就是把整个宇宙压缩回去 , 在那个极度致密 , 快要井喷之时所具有的温度 。
普朗克温度
物体辐射出的电磁波 , 波长越短 , 能量越大 , 辐射温度也就越高 。 在黑体辐射理论中 , 物理学家普朗克发现了能量不是连续的 , 而是一份一份的 。
每一份不可能再分割的最小单位称之为量子
。

文章图片
量子的出现意味着时空也并非连续的(测不准原理、波粒二象性) , 因此普朗克计算出了空间的最小尺度“普朗克长度” , 时间的最小尺度“普朗克时间” , 而宇宙大爆炸开始后的普朗克时间内 , 释放出的电磁波(光)就是宇宙第一份最炙热的能量 , 电磁波的波长为普朗克长度 , 辐射温度为普朗克温度 , 它就是宇宙的最高温度 , 数值为1.41x10^32K(1.41亿亿亿亿K) ,
除非再来一次宇宙大爆炸 , 否则无法达到宇宙最高温 。

文章图片
太阳核心温度约为2000万℃ ,
【为什么高温没有上限,低温却有绝对零度的限制?】人类的最高纪录是欧洲核子研究中心 , 大型强子对撞机制造出的“迷你大爆炸” , 达了10^13k(10万亿K
)
, 只有普朗克温度的千亿亿分之一 。
推荐阅读
- 兔子|兔兔这么可爱,为什么要吃屎?
- 脑梗死|脑梗死和喝酒有没有关系呢?爱喝酒的朋友,应该看看
- 七种颜色的布丁吃过没有?软糯爽口,Q弹软糯
- 别再买坚果零食吃了,自己在家就能做,酥脆香甜,没有一点苦涩味!
- 春分,快手艾草青团的用料,没有一点难度,软糯可口,超简单又好吃的艾草青团
- 埃及金字塔|探秘尼罗河|为什么会有人觉得,埃及金字塔是伪造的?
- 火星|火星的水资源没有流失!科学家苦寻多年,原来藏在火星地下
- 减肥|较真丨减肥产品含违禁药再被曝光,为什么说滥用这些产品是在玩命?
- 酿酒|用真全粮酿酒机器做酒,为什么发酵时间越长口感越好?
- 为什么商家卖的馒头又白又胖?里面加了什么东西,今天我来告诉你
