宇宙中的最低温是-273.15度,那最高温度有没有上限?
温度是人类描述自然界中物质的物理性质的七大物理量之一,它描述的是大量粒子的热运动的剧烈程度,宏观上表现为物体的冷热程度。物简单来说就是在于分子之间相互的碰撞和运动速度越快,自然产生的热量也就越高,温度就越高。当分子运动速度越慢的时候,分子之间的碰撞就越小,那么产生的热量就越少,温度也就越低了。
所以从这里我们可以知道温度的高低是由分子的运动速度快慢决定的。
喜欢科学的朋友都知道普朗克这个人,马克思·普朗克出生于德国荷尔施泰因,德国著名物理学家、量子力学的重要创始人之一。我们经常会听到普朗克什么什么的,比如普朗克常数、普朗克长度、普朗克时间、普朗克温度等等。
普朗克常数
宇宙的三个基本要素是时间、空间和能量。科学家认为宇宙中有三个基本常量,前两个分别是光速C和牛顿引力常数G,第三个就是普朗克常数h。
普朗克时间
1普朗克时间约等于10的-43次方秒
普朗克长度
1普朗克长度约等于10的 -35次方米
普朗克时间和长度都无法再细分了,任何小于1普朗克时间和1普朗克长度的时空都没有物理意义。换句话说,就是用现有的物理定律无法描述和解释。也就是说在那么小的时空内所发生的一切,人类是无法解释无法理解,甚至是无法想象的。
普朗克常数、普朗克时间、普朗克长度我们在这里不多详谈。
为什么提到普朗克这个人呢?接着往下看。
多年来科学家对于宇宙温度的数值的推断,上限趋于不断提升的态势,目前认定的宇宙最高温度为1.4亿亿亿亿度,也就是普朗克温度。下限则定在-273.15℃,也就是绝对零度。那为什么宇宙最高温度是1.4亿亿亿亿度,而最低温度却只有-273.15℃呢?
宇宙最高温度---普朗克温度
我们先看看最高温度---普朗克温度,它的定义是:宇宙大爆炸后1普朗克时间时宇宙的温度。
理论上没有比这更高的温度了,宇宙诞生后1普朗克时间时,宇宙处在可测量宇宙的最小尺度,我们知道,当把物质压缩,它的温度就会上升,而当宇宙所有的物质能量均集中在一个可测量极限的最小空间里时,它的温度就达到了最高,我们不可能制造比那时更高的温度了。
根据计算,普朗克温度大约是1.416833(85)×10^32 K。这就是我们宇宙的温度上限。
宇宙大爆炸之初的温度虽然达到了1.4亿亿亿亿度,但是在这之后温度就开始下降,比如在大爆炸发生的10-32秒后,温度就降到了1亿亿亿度。科学家指出,在宇宙爆炸的早期,由于温度实在是太高了,电子是无法和原子核结合成为原子的,无数的电子在宇宙当中游荡,成为了等离子体。这是热气腾腾的宇宙,就像是装满混沌物体的一口大锅。
等到宇宙诞生了38万年以后,温度渐渐降到了6000℃,不少人会发现这时宇宙的温度已经和太阳表面的温度十分相似了,因此原子的形成终于可以顺利进行了,宇宙也从一锅“混沌的粥”变得清明起来了。
宇宙最低温度---绝对0度
我们都知道最低温度是绝对零度,但为什么是-273.15℃这个数值呢?
度量温度的标尺叫做温标,温标有许多个等级,比如有开尔文单位、华氏温标、摄氏温标、列氏温标等等。开尔文单位最为特殊,热力学里所使用的就是绝对温标,因为它以绝对零度作为起始温度,这一温度常使用符号K表示。
前面说了,温度的高低是由分子的运动速度快慢决定的,那么最低温度,就要求物质的运动趋于静止状态,或者说是物质运动速度最小的时候。这时根据计算得出的温度为-273.15℃,这一温度一直以来也被称为“绝对零度”。
法国物理学家查理根据气体体积、气压和温度三者的关系,总结出了一个定律,这就是后来十分出名的查理定律。
查理定律:一定质量的气体,压力不变,温度每降低1℃,气体体积的缩小为其在0℃时体积的1/273。照此推算下去就得到了一个结果,宇宙最低温度为-273.15℃。
由此可知,绝对零度这一概念与物质本身是相关的,如果温度达到了-273.15℃,那么物质的体积也消失了,没有物质的存在温度也不会再存在了,因此大家应该可以理解为什么最低温只能无限趋近-273.15℃,而永远不可能达到。
自大爆炸以来,宇宙的温度一直都在下降,宇宙微波背景辐射的温度已经到了3K(热力学温度单位开尔文),换算成摄氏度就是-270.3摄氏度。
目前我们在宇宙当中发现最冷的地方是布莫让星云,也叫作回力棒星云或者领结星云,距离地球大约5000光年,它的温度是-272℃。这已经相当接近绝对零度的状态。不过也只能无限接近,因为宇宙中根本就不存在完全静止的物质。
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