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為什么宇宙最高溫度為1.4億億億億度,而最低溫度卻為-273.15℃?

直接給出答案吧,宇宙中最高的溫度是普朗克溫度,也就是1.4億億億億攝氏度。宇宙中最低是逼近絕對零度,也就是逼近-273.15℃。

因為宇宙曾經(jīng)達(dá)到過最高的普朗克溫度,而沒有達(dá)到過最低的絕對零度。宇宙大爆炸得第一個瞬間的溫度就是普朗克溫度。

按照麥克斯韋-玻爾茲曼分布。我們已經(jīng)知道溫度的本質(zhì)就是微觀粒子運(yùn)動程度的體現(xiàn)。微觀粒子運(yùn)動越劇烈,其在宏觀上的表現(xiàn)就是溫度越高。

比如,為什么開水會讓你的手感到很燙?

溫水水分子示意圖

那是因為開水內(nèi)的水分子劇烈運(yùn)動,當(dāng)你的手觸碰到這些劇烈運(yùn)動的水分子后,就會吸收它們的動能。導(dǎo)致手中的分子運(yùn)動程度增大,并且刺激到神經(jīng),并感受到了燙。

開水水分子示意圖

那么最低溫度在理論上就是把微觀粒子的運(yùn)動程度降到最低。

理論上最低的溫度就是沒有物質(zhì)運(yùn)動,沒有輻射的地方,這就是理論上的絕對零度。不過宇宙中不存在這樣的地方。宇宙空間本來就充滿著各種電磁波,即便再黑暗的地方,或多或少還是殘留著電磁波的。電磁波就具有能量,這些能量就是溫度的體現(xiàn)。

如果宇宙中存在某一空間,并且完全真空,不存在任何光子。那么這一空間的溫度就是絕對零度嗎?

答案當(dāng)然不是,因為宇宙真空還存在狄拉克之海。也就是說真空不斷產(chǎn)生正反粒子對,并迅速湮滅,這就導(dǎo)致真空并不空,依舊存在著物質(zhì)的運(yùn)動。除此之外,在普朗克長度級別上,時空并不平滑了,并且存在量子泡沫,并伴隨著能量的改變。

沒有哪一片真空區(qū)域完全脫離物質(zhì)的存在。所以實際上,真實世界的最低溫度只能無限逼近絕對零度,而不能達(dá)到這一數(shù)值。

我們也可以根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波了解絕對零度

我們知道物質(zhì)都是波粒二象性的。當(dāng)然這也包括宏觀物體,只不過波粒二象性在宏觀世界極其不顯著罷了。

按照理論,物質(zhì)溫度越低,其物質(zhì)波波長就長,物質(zhì)就更傾向于波,而遠(yuǎn)離粒子性。

如果物質(zhì)的溫度不斷降低,那么粒子之間的物質(zhì)波就長到可以大部分重疊了,這時候物質(zhì)的粒子性就漸行漸遠(yuǎn)。粒子性地不斷消退,意味著物質(zhì)的運(yùn)動程度越慢越低。

理論上,物質(zhì)的最低運(yùn)動程度就是波粒二象性完全變成波,而喪失粒子性。但這是不可能的實現(xiàn)的。

就相當(dāng)往一個體積無限大的盤中先放入一升水,并滴入一滴墨,起初墨水的濃度還是比較顯著的??墒请S著不斷往水盆中加水,只會導(dǎo)致墨水濃度越來越低,墨的存在基本就察覺不到了,就好像物質(zhì)的粒子性隨著波長的增長而很難察覺到。但這不代表這盆水的墨水濃度為0。同理,物質(zhì)波長很長不代表粒子性就沒有了。所以,絕對零度是達(dá)不到的。

宇宙最高就是讓微觀粒子的運(yùn)動劇烈程度達(dá)到最大值。

通俗一點說,也就是把微觀粒子的質(zhì)量先劃分為無數(shù)個無窮小量,類似于微積分的概念。每個無窮小的質(zhì)量以宇宙中最高的速度-光速運(yùn)動。

這樣一來,也就是微觀粒子能達(dá)到的最大運(yùn)動程度。

根據(jù)普朗克的溫度公式Tp=(?c^5/Gk2)?。

公式中?為約化普朗克常數(shù),k為玻爾茲曼常數(shù),G為引力常數(shù),c為光速。從公式中可以看出來,引入光速就是確保物質(zhì)的最大運(yùn)動程度。

普朗克溫度大約是1.416808×10^32K。K為絕對溫標(biāo)。開氏溫度與攝氏溫度的換算相差一個絕對零度。譬如0k=-273.15℃;1k=-272.15℃;1000k=726.85℃。所以普朗克溫度換算攝氏度大約為1.4億億億億攝氏度。

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