宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

在宇宙中是否存在绝对零度?

对于宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度呢之话题,我个人的观点认为,在浩瀚无垠的宇宙之中,恒星核聚变燃烧过程所形成的温度是最高的表现,最低温度又可称之为绝对零度,即是零下273摄氏度。为什么会这样说呢?因为:

宇宙是由数之不尽的恒星及其恒星系所构成无始无终、无边无际、无穷无尽、无限物质和无限空间之客观存在的自然天体,在宇宙之中,只有恒星具有发光发热的能力,都是通过核聚变持续燃烧的手段,会使恒星表面达成一种超高温状态,例如,就我们太阳系来说,太阳是我们太阳系的恒星,太阳核聚变燃烧的过程,温度高达200万摄氏度或以上。但是,不同年龄段的恒星,其核聚变燃烧过程所产生的温度是有所区别的情况,但可以肯定地说,在宇宙中恒星的温度是最高的情况。而高温状况是没有上限的物理现象。

而存在于宇宙之中的最低温度,是有下限的物理现象,这种现象又可称之为绝对零度现象,准确值是-273.15摄氏度,虽然绝对零度被人类认定为是最低温度的下限,但实际上真正的低温会比绝对零度还要低出许多,只是忽略不计。

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宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

为了解答这几个问题,首先要了解一下温度的本质。表面上,温度表征物体的冷热程度。本质上,温度表征物体的组成粒子的热运动剧烈程度。

物质可能的最低温度

理论上,当所有的粒子停止运动时(处于量子力学的最低点),物体将会达到可能的最低温度,即绝对零度。绝对零度在开氏温标上表示为0 K,在摄氏温标上表示为-273.15 ℃。

然而,为了达到绝对零度,不仅需要原子停止运动,而且还包括原子的所有组成。绕原子核运动的电子需要停止运动,原子核中的质子和中子需要停止相互作用,夸克以及任何更基本的结构都要停止活动。由于量子力学效应,这是不可能的,所以绝对零度无法达到。从另一方面看,任何空间中都存在能量和热量,必然会与物质进行交换,所以绝对零度只能无限逼近,不可能达到。

目前,通过激光冷却和磁蒸发冷却技术,科学家获得的最低温度达到了100 pK(10^-10 K,−273.149999999900 ℃)。物质在这种极低的温度下将处于玻色-爱因斯坦凝聚态,它们会表现出奇特的行为,例如,超流动性和超导现象。

物质可能的最高温度

物质可能的最高温度为普朗克温度,其值约为1.417×10^32 K。由于粒子的运动速度上限为光速,所以当粒子速度接近光速时,物体的温度接近普朗克温度。如果温度超过普朗克温度,物理定律将不复存在。

目前,通过大型强子对撞机的粒子对撞实验,科学家获得的最高温度为10万亿开尔文,尽管这个温度比太阳的中心温度高了60万倍,但仅为普朗克温度的一千亿亿分之一。

宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

首先,温度简单来说与微观粒子运动的速度息息相关,微观粒子运动越距离,物体的温度就越高。根据不确定性原理,任何粒子的运动不可能停下来,所以温度有一个下限,我们都知道那是绝对零度,也就是大约领下273摄氏度。而任何微观粒子的运动速度都不可能超越光速,所以物体的温度也有上限,不可能无限高,上限就是普朗克温度,大约1.4乘以10的32次方K。

普朗克温度是根据现有物理学计算出来的理论值,它是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间后的温度,一个普朗克时间非常短,大约5.4乘以10的负44次方秒,也是物理学上可测量的最小时间单位,任何小于普朗克时间的时间都没有意义,而我们对宇宙的认知也是从大爆炸发生后一个普朗克时间开始的,也可以认为一个普朗克时间之前的宇宙没有意义。

那么目前已知的宇宙中最高温度是多少呢?超乎我们的想象!

太阳的核心温度能达到1500万摄氏度,这样的高温已经让很多人惊叹不已,甚至无法想象。但太阳的核心温度与中子星碰撞时产生的温度相比简直太渺小了,这个温度能达到3500亿摄氏度,敢想象吗?

目前人类能制造出来的最高温度是在大型强子对撞机里产生的,微观粒子的撞击能产生高达10万亿度的高温,不要担心如此高温会把对撞机熔化,那只是微观层面粒子的运动速度的体现形式,因为碰撞时的粒子速度都接近光速。而且碰撞是一瞬间的,不会有任何影响。

宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

最高温度和最低温度都只是理论上的一个数据。

这个数据就是普朗克温度和绝对零度。量子力学认为,宇宙最高温度为10^32K,也就是亿亿亿亿K。这个“K”代表开氏度,就是热力学温度,如果与“℃”(摄氏度)比较,0 K(是零K,不是OK)就相当于-273.15℃,这就是绝对零度;而100℃则为373.15K。也就是说开氏度减掉273.15就是摄氏度。

普朗克温度和绝对零度都只是一个理论存在的温度,也是人类能够理解的最高温度和最低温度,高于这个温度和低于这个温度都没有意义。量子力学认为,在宇宙大爆炸的普朗克时间,也就是大爆炸开始的10^-43秒,1000亿亿亿亿亿分之一秒时,其温度为普朗克温度,即10^32K,这以后,宇宙渐渐冷却,再也没有出现过这个温度。

而绝对零度,是热力学的最低温度,是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度,是存在于理论中的下限值。我们知道,物质的温度取决于其内部原子、分子等粒子的平均动能,一个物体粒子动能越高,温度就越高,当粒子动能达到最低点,不能再低时,就是绝对零度。

根据热力学第三定律,绝对零度永远也无法达到,因为一个绝对零度的空间,完全没有粒子振动,而空间的存在是以物质为前提的,没有物质也就没有空间,因此绝对零度的空间为零,零空间就是虚无。

目前人类观测到的最高温度。

恒星中心一直在源源不断爆发着核聚变,而恒星是宇宙的主要可见物质,占可见质量的99%以上。恒星表面温度从几千K到数万K,乃至数十万K不等,中子星表面温度可达1000亿K。质量越大的恒星,温度就越高,恒星中心温度也是如此。

太阳这样的恒星,中心温度只有1500万K,但到了演化后期,激发氦核聚变的温度需要1亿K。比太阳质量大的恒星,核聚变不断上升到更高层次,也就是按照元素周期表的排列序数,从氢核聚变,经历氦、碳、氧、氖、钠、铝、镁、硅、硫、氩气、钙、钛、铬、锰等一路演化,一直到26号元素铁结束。每一层次核聚变结束,恒星就会向中心坍缩,从而形成更高压力和温度,激发更高层次的核聚变。大质量恒星核心温度可以高达30亿K,从而完成铁元素之前的所有核聚变,在核心聚合成一个铁核。

比太阳质量大8倍的恒星就可以完成这一系列的核聚变,最终发生超新星大爆发,爆发的温度可以达到几百亿甚至上千亿K,从而完成比铁更重元素的合成。但这还不是目前宇宙能够得到的最高温度,更高温度是伽马射线暴创造的。

伽马射线暴是超大质量恒星爆发、黑洞或中子星相撞等极端事件中形成的,最强能量的伽玛暴比超新星爆发能量还要强数百倍,可以再现宇宙大爆炸1/1000秒时万亿度高温。这可能是迄今可能观测到的宇宙自然界最高温度了。

但目前已知存在的最高温度是人类制造出来的。2010年11月8日,科学家们利用位于瑞士和法国边境的欧洲大型强子对撞机,模拟138亿年前宇宙大爆炸的瞬时过程。这次实验是用两束铅离子束,在27千米的地下环形轨道中以相反速度加速,当它们接近光速时让它们相撞,相撞的瞬间产生了10万亿K的高温,再现了宇宙大爆炸百万分之几秒的场景,从而可以观察这一温度下产生“夸克—胶子等离子体”的过程,印证宇宙大爆炸理论预测。

尽管这个温度只存在一瞬,但却被精密仪器记录下来。这是迄今为止人类观测到存在于现实世界的最高温度。

人类制造出的宇宙最低温度。

宇宙最低温度迄今也是人类在实验室制造出来的,是NASA科学家团队在国际空间站上创造出来的。他们在地面做观测冷原子实验时,由于地球重力影响,得到极低温度冷原子态只能观测到几分之一秒,瞬间就消失了。于是他们将冷原子实验室(CAL)送到国际空间站,在微重力环境,创造出了更低温度,冷原子云固定观测时间可达到10秒,成为至今被观测最长时间的玻色-爱因斯坦凝聚态。

这是迄今人类创造的最低温度,为-273.149999999999℃,即0.000000000001K,就是万亿分之一K。

此前人造最低温度也是科学家在实验室创造的,达到0.00000017K。后来科学家们又把这个温度降低到0.5nK(纳开),就是0.0000000005K。这是一个由德国、美国、奥地利等国科学家组成的科研小组,利用磁阱技术实现铯原子的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)的实验过程中,创造这一纪录的。

广袤的宇宙空间温度极低,在远离天体的空旷处,温度低到3K以下。这是宇宙大爆炸后经历138亿年冷却的残留热辐射,通俗地说就是残留余烬,这种残留电磁辐射充满整个宇宙,温度只有2.725K,因此又称为3K宇宙背景辐射。

但这并不是宇宙自然界最低温度。1979年,科学家们发现距离我们约5000光年,位于半人马座方位有一个领结状的原行星云,命名为布莫让星云,又叫回力棒星云,科学家们通过用各种射线望远镜探测表明,那里的温度低到1K,是迄今发现自然界存在的最低温度。

现在还有一种说法,认为在宇宙大尺度网状结构之间,有许多被称为“空洞”的冷斑点,有的空洞尺度达到数十上百亿光年,那里面没有星系,也没有暗物质,形成的原因有多种说法,有科学家认为这种空洞里的温度更低,不过至今还没有严谨数据支撑,无法定论。

小结:目前已知的最高温度为10万亿K,最低温度为万亿分之一K,这些温度都是人工制造出来的。

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宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

温度是我们日常生活中接触最多的物理量了,每天都要根据具体的温度来进行搭配穿着。那么问题就来了,在我们这个宇宙当中,最高温度是多少?最低温度又是多少呢?

关于“宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?”这个问题,实际上按照目前的理论已经是有定论的,那这个定论到底是什么呢?要了解这个问题,我们首先要从“温度”这个概念入手。

温度

如果我们从微观的视角来看理解温度,温度的本质就是微观粒子运动的剧烈程度。那这句话该如何理解呢?

我们都知道,万物是由粒子构成的。

但是粒子实际上并不是整整齐齐地排列在一起的。而是到处乱串,不规则的运动,我们甚至无法同时描述任何一个粒子的位置和动量情况。曾经有一个科学家叫做布朗,他通过观察花粉粒子在水中的不规则运动,提出了著名的布朗运动来间接说明分子的不规则运动。

后来,到了1905年,爱因斯坦从数学的角度证明了布朗运动。而分子的运动实际上就和温度是直接相关的,但是因为无法直接描述每个粒子的情况,科学家就用到了统计学的方法。

具体来说就是,科学家发现粒子“整体”运动得越剧烈,温度就越高,粒子"整体”运动越不剧烈,温度就越低。于是,他们用分子的平均动能来描述温度。当分子的平均动能越大,温度就越大;当分子的平均动能越小,温度就越小。

绝对零度

理解了温度的微观诠释,我们很自然就能够知道宇宙中对应的最低温度。这个温度对应该就应该是分子平均动能最低的时候,我们把这个温度成为绝对零度。绝对零度对应的是零下273.15摄氏度。

不过,根据热力学第三定律,绝对零度是无法达到的。也就是说,绝对零度是理论值的温度下限值,我们只能无限趋近于绝对零度,但无法达到绝对零度。那这该如何理解呢?

我们可以举个例子,如果我们要给一个物体降温,一般会拿一个比这个温度低一些的东西进行热传递来平衡,以达到降温的效果。但是绝对零度已经是最低温度了,并不存在比绝对零度再低的温度,但是我们要把温度降到绝对零度,就必须找一个比绝对零度低的东西来降温。两者是相互矛盾的,因此是做不到的。不过,客观地说,科学家是不信邪的,如今有很多实验室正在试图突破这个极限,但截止到目前为止,科学家们只是无限逼近于绝对零度,但还没有能够达到绝对零度。

这里要补充一下,可能很多人会以为绝对零度,所有的粒子都是静止不动的。这个观点其实是有问题的,由于微观粒子是具有不确定性的,我们无法同时搞清楚微观粒子的位置和动量信息。

如果粒子真的静止了,那意味着我们可以同时观测到粒子的位置和动量,那就违背了量子力学的不确定性原理。所以,实际上,绝对零度对应的粒子状态并不是静止不动,而是在小范围内震动的。

最高温度

最低温度从“温度”的定义出发,我们就可以很好地去理解。那最高温度呢?

要了解这个问题,我们得从宇宙的起源说起。按照目前的主流理论,我们知道宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。

关于宇宙大爆炸,如今已经有大量的观测证据可以证明,而它最坚实的三个证据分别是哈勃观测到的星系红移,氦元素丰度以及宇宙微波背景辐射。

宇宙大爆炸后,随后宇宙的温度随着空间的膨胀逐渐下降。宇宙微波背景辐射就是宇宙大爆炸时留下来的余温,它是遍布全天的背景辐射,如今我们还可以依靠探测器来观测到它的存在,它也是天文学家们手里的秘籍。天文学家从宇宙微波背景辐射中可以获取到宇宙早期演化的信息。

根据整个事情反推,我们就可以知道宇宙的最高温度就是宇宙大爆炸之后第一时刻对应的温度。根据量子力学,时间变化的最小单位是普朗克时间,也就是10^(-44)s。

也就是说,根据目前我们所掌握的物理学定律,宇宙大爆炸的第一时刻是宇宙大爆炸后10^(-44)s,此时宇宙对应的温度也是宇宙的最高温度,这个温度是1.4×10^32开尔文,也就是1.4亿亿亿亿度。

总结

宇宙中的最高温度是1.4×10^32开尔文,而宇宙的最低温度是绝对零度:零下273.15摄氏度。

宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?

宇宙中最高的温度,即为宇宙大爆炸时的“即时温度”。这个温度是无法考证的,但是可以估算,大约为1后面再画100个零这个数量级的温度。

有位天文学家,通过大量的计算和分析,认为大爆炸后的1/亿秒,宇宙就是足球场的大小,温度是亿亿亿亿亿度级,一秒钟后就已达太阳系的大小了,温度为数万亿亿亿度级,还是个炽热的宇宙,仍然无法形成电子和基本粒子。

宇宙在膨胀的过程中,温度逐步降低,当宇宙降到数亿亿度以下时,才进入到亚温态,逐步形成电子,质子等基本粒子,才有了可见光。

宇宙至今为止已经膨胀了138亿年了,现在宇宙的平均温度大概为-272.3度,物理学家运用物理定律计算出绝对零度是-273度,并认为在这一温度下时间,空间都为零。很明显单从温度的角度上看,现在的宇宙空间大的不可思议,已经完全颠覆物理定律了。宇宙的最低温度是多少,我不知道,但肯定会低于-273度的。

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