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宇宙中可能出现的最高温度是多少?

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(全文2500字,看完需2分钟)

寻找宇宙中的绝对热门。

鉴于我们所接受的义务教育,我相信我们中的许多人都非常了解“绝对零”。这是整个宇宙可能出现的最冷温度。但是,最热的温度是多少?或者说宇宙的热度是否有上限?

首先,让我们尝试了解什么是“绝对零”。它在科学上被理解为可能的最冷温度。那么,为什么会这样呢?答案很简单。物体的温度是所述物体的原子运动的结果。原子水平上的运动越多,它的动能就越大,温度就越高。

随着粒子开始失去熵的动能,物体变得越来越冷。绝对零是所有粒子抓住移动的温度。这个温度在整个宇宙中都是恒定的,它是 -273.15°C/-459.67°F 或 0K(注意!这里的[OK]不是“好”的意思,而是零开尔文)。

但有一个误区这里必须得讲明白,原子是不会完全停止运动的,即使在绝对零时也是如此。它们继续振动,但实际上是轻微的振动,这种振动被称为“零点能量”。这些振动确保了量子力学的实施。因此,绝对零实际上意味着没有分子运动可以产生足够的动能来转移到任何其他系统。

这就是“热”的真正含义;它是物体通过原子和分子运动产生的动能。粒子移动得越快,动能越大,它们产生的热量就越多。

现在,让我们比较宇宙中存在的不同物体的温度,以了解宇宙在这个问题上的一般状态。从绝对零开始:我们从未在那个温度下目睹过任何东西,但我们能以非常已经接近的人工技术去产生它了。

在寒冷的实验室中,我们最低能达到0.000,000,0001K 的温度。因此,曾几何时,已知宇宙中最冷的地方就在地球这里。在这种状态下,可以存在玻色-爱因斯坦凝聚态等物质形式。这是一种物质状态,当一个物体的原子紧密堆积在一起以至于它们开始表现得像一个原子时。

让我们暂时搁置人工产生的场景,让我们谈谈自然的宇宙事件。回旋镖星云是可观测宇宙中最冷的地方,温度低至仅比绝对零高 1K。这个星云中气体的快速膨胀导致温度降得如此之低。相比之下,宇宙的背景温度为2.7K。

之所以不是0K,是因为大爆炸的余热。想想真是太神奇了,对吧?很难想象即使在大爆炸 138亿 年后宇宙仍然没有向熵屈服。如果我们谈论地球上有记录以来的最冷温度,那将是 1983 年 7 月 21 日在南极洲的苏联东方站。记录的温度为 184K 或 -89.2°C。

好了,我们现在需要一点“温暖”了!因为我们已经受够寒冷了,所以让我们转向一些“温暖”的温度。地球上最高的地表温度通常在 60°C 左右的炎热地方,如死亡溪、内华达州或撒哈拉沙漠,尽管官方记录很混乱。如果我们要谈论太阳系中最热的行星,那么金星的表面温度高达惊人的 737.5K。

如果我们移动得更高,我们会发现褐矮星(T 级和 L 级),它们的温度通常在 1000K 到 1500K 之间。现在,如果我们回到地球,我们会发现我们的核心比褐矮星要热得多,达到 5650K。紧随其后的是我们太阳的表面温度 5780K。如果我们移动到夜空中最亮的恒星,即天狼星 A,我们测得其表面温度为 9940K。天狼星 A 的小弟弟,名为天狼星 B,是一颗大小与地球相当的白矮星,在表面以 25000K 的高得离谱的温度燃烧。

这些数字现在越来越无聊了。几千度并没有那么令人印象深刻,因为它是我们无论如何都无法想象的温度,所以我们需要把温度升至几百万度。好吧,如果我们考虑太阳的核心,我们得到一个临时值 15,700,000K。

抛开星星不谈,让我们来谈谈他们和我们所有人的父亲:大爆炸。如果我们计算大爆炸后仅 100 秒的温度,它将约为 10 亿开尔文。如果我们告诉你那不是宇宙有史以来的最高温度,你会不会觉得很奇怪?

实际上,最近发生的事件远不止于此。当一颗恒星燃烧殆尽并处于超新星爆发前的最后阶段时,它会因为燃烧硅而变得高达 2.5 吉开尔文。当一颗中子星在那之后诞生时,我们发现温度为 1 太开尔文。如果我们再高一点到 1.2 开尔文,我们就会达到物质本身的熔点。

如何?当温度达到如此高时,粒子的动能会破坏夸克之间的键,并产生一种称为“夸克-胶子等离子体”的“基本元素汤”。现在,有趣的是。我们人类已经设法制造出比这更高的温度。

在 2015 年物理科学们的“玩具”大型强子对撞机的一次粒子碰撞中,记录到的温度为5.5 万亿开尔文。这可能是已知宇宙中最热的事件,甚至比超新星还要热。这使得在最近的历史中,宇宙中最热和最冷的温度都被记录在地球上。

你读到这可能感觉问题已经得到解答,而我们在担心的高温问题上碰壁了。现在的问题是。我们关心的不是已经发生的事情,而是在假设情况下科学上可能发生的事情。因此,即将发生的事情完全是理论上的。

大约到了800K,我们达到了德雷珀点——几乎所有东西都开始发红光的温度。这是因为一种叫做黑体辐射的东西。随着温度升高,发出的颜色也会随着波长变得越来越短而发生变化。

当波长变得和“普朗克长度”一样小时,它就会撞到墙上。普朗克长度是宇宙允许的最小可能测量单位,至少在理论上是这样。这是所有物理学都崩溃的长度。发出的光的波长达到普朗克长度的温度称为普朗克温度或绝对热。

当我们接近普朗克温度时,会发生一些有趣的事情。我们知道,由于某个爱因斯坦先生,能量在某种程度上与质量相对论。我们还确定热是粒子运动产生的动能。

当温度如此之高时,粒子的质量会惊人地增加。这使得重力——最弱的基本力获得了力量。它变得与其他力一样强大,甚至比其他力更强大,即电磁力和强核力和弱核力。

没有什么可以阻止量子引力,这些粒子形成普朗克大小的黑洞并瞬间消散。就好像宇宙本身就像一道屏障,阻止任何东西达到普朗克温度或绝对高温。

那么,到底有多热呢?还记得以 15,700,000K 进入的太阳核心吗?绝对热度是100 亿十亿倍的热度。这个数字太大了,我什至都不想把它写下来。如果复制粘贴有效,那么它大约是:1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000摄氏度。

你没有看错……这是一个描述温度的数字。慢慢来。深吸一口气,再读一遍。我们连能否接近它都不知道,更不用说以某种方式超越它了。我们所能估计的是,我们可能会在追求这种温度的创造时打破一些普遍的规律,并可能被“上帝”的法庭处决。

此外,考虑到目前全球变暖的情况,我们也不想灭绝北极熊(连同整个银河系)。但无论哪种方式,好奇心都没有错。

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