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2024年12月26日，再相见
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无数独特的美景为什么最低温度只有-273度，最高却能达到1.4亿亿亿亿度？原创2019-11-09 20:53·路平说温度时时刻刻影响着我们的生活，我们都知道宇宙中的最低温度是零下273.15度，这也被称为绝对零度。当然，根据热力学定律，这个温度是达不到的。那宇宙中的最高温度是多少呢？今天，我们就来聊一聊这个问题。温度要搞清楚这个问题之前，我们得先搞清楚：温度到底是什么？实际上，对于温度的定义有很多。但是，人类对于热现象的微观理解直接促进了热力学的发展。因此，我们这里就聊一聊：从微观视角来看，热（温度）到底是什么？具体的定义是这样的：物体分子热运动的剧烈程度。那该如何理解呢？我们都知道，万物都是由微观粒子构成的，但是粒子并不是整齐划一地排排队。实际上，粒子是时刻都在动。这一动，就有快又慢。不过我们不可能一个个粒子去看，更没办法一个个去测量。不过，我们可以采用统计的方法。也就是说，从整体上看粒子的平均动能。平均动能越大，说明温度就越高；平均动能越慢，说明温度越低。这里补充一点，很多所说太空中是绝对零度的，这句话是有问题的。首先，温度要体现出来的前提是有足够的粒子数。而宇宙空间是十分空旷的，平均密度不到一立方米一个氢原子的水平。因此，太空实际上并不能够显现温度。其次，太空也不是绝对零度，而是2.7K，比绝对零度高2度，至于为什么，我们下文会说到。最低温度知道了最低温度，我们再来看看最低温度零下273.15度是咋来的？上文也说到了，从微观视角上看，温度的本质是粒子的热运动。所以，其实我们很容易得出，当分子的平均动能最低时，所对应的就是绝对零度。照理说，应该就是粒子一动不动时所对应的温度。不过，事实并非如此。描述微观粒子的理论是量子力学，就是下图里的这群大佬共同努力搞出来。而在量子力学当中有一条基础理论叫做：不确定性原理，是由科学家海森堡提出来的。这个理论的意思是说，粒子的位置信息和动量信息是不可能同时被测得的，而且当你测到了它的位置信息时，动量信息就测不准了，反之亦然。这是因为观测本身都会影响到粒子。所以，根据不确定性原理，这些粒子在绝对零度时，并非是完全不动的，而是在一定范围内振动。而此时的温度根据理论进行计算，就是零下273.15度。不过，按照热力学定律，绝对零度是达不到的，当然，科学家是不可能被理论所阻扰的。科学家一直在试图在实验室实现绝对零度，但至今也没有成功。最高温度说了完最低温度，我们来说说最高温度。客观地说，我们是不知道温度有没有上限的。因为我们不知道的事情其实还有很多。我们现在只能说，按照目前的理论，我知道从宇宙诞生之初至今的最高温度是多少。那这个温度是多少呢？这要从宇宙大爆炸说起，话说我们的宇宙起源于138亿年前的一次“奇点"大爆炸。按照目前的理论，我们无法描述“奇点”的物理学。我们所知道的事情都是大爆炸之后的事情。而大爆炸之后，宇宙的空间开始剧烈地膨胀。宇宙初期的温度实际上非常高，随着空间的膨胀，温度逐渐下降，持续至今，温度降到了2.7K，也就是比绝对零度高了2.7度。（所以，太空的真实温度是2.7K，而不是绝对零度，但由于粒子数太少，很难显现出这个温度。）根据这个认知，我们这个宇宙的最高温度实际上就是宇宙大爆炸的一刻的温度。那这个温度是多少呢？科学家通过理论计算也得到的结果是：1.4*10^32K。也就是1.4亿亿亿亿度。这里要补充一点，这个宇宙大爆炸的第一刻是有说法的。根据量子力学，我们所知道的其实是宇宙大爆炸之后10^-43秒的温度，这是10^-43秒是我们目前已知的最小的时间跨度，也被我们称为：普朗克时间，因此，这个1.4亿亿亿亿度也被我们称为普朗克温度。那么问题来了，我们其实并不知道在普朗克时间以内发生了什么，温度是多少。因此，普朗克温度只能说是按照目前的理论，我们所知道的温度上限值。好了，对于温度的下限值和上限值，我们就说到这里。