我们都知道,温度是物体内部分子或原子运动的表现。温度越高,分子或原子运动越剧烈;温度越低,分子或原子运动越缓慢。那么,宇宙中是否存在一个最高温度和一个最低温度呢?
那么,这两个温度是如何定义的呢?为什么它们之间的差距如此之大呢?我们又该如何理解它们呢?本文将从以下几个方面为你解答这些问题:
什么是温度?
首先,我们要明白一个事实:温度并不是物质本身固有的属性,而是人类为了描述物质内部能量状态而创造的一个物理量。如果没有人类,外星人可能会用其他方式来表示物质所具有的内部能量。
换句话说,温度就是物质内部分子或原子随机运动和震动所产生的平均动能(内能)。随机运动和震动越剧烈,说明分子或原子所具有的动能越高,表现出来的温度也就越高,反之亦然。
如果我们持续给这杯水输入能量(加热),由于水分子动能不断提高,到达一定阈值时,水分子就会挣脱水的束缚,从表面蒸发逃逸,这就是水的沸腾。
固体金属也一样,在低温时原子被化学键固定在相对固定的位置震动,当温度升高时,原子获得足够的动能,就会挣脱化学键,开始随机运动,这时金属就熔化了。持续加热也会气化。
为什么最低温度只能达到-273.15°C?
既然温度是由分子或原子运动产生的,那么如果我们让一个物体内部所有的分子或原子都完全静止不动呢?这样做是否就可以让物体达到最低温度呢?
理论上,这是可行的。最低温度就是0K,也就是物体内的分子或原子停止运动。这就是我们对绝对零度的定义。
但实际上,这是不可能的。因为这违背了量子力学中一个基本的规律——不确定性原理。它告诉我们,组成物质的微观粒子,其动能和位置不可能同时精确地确定,它们的测量结果乘积大于等于普朗克常数的一半。
因此,物质粒子不可能完全停止运动,一旦停止,它的位置就会非常不确定;而如果位置确定了,它的动能就可能从0到无穷大,这两者明显是矛盾的。
基于不确定性原理,人类无法创造出绝对零度的物体,只能无限接近这个极限。目前,人类实验室中所能达到的最低温度是在2019年由麻省理工学院和哈佛大学的科学家创造出的0.004K。
为什么最高温度能达到1.4×10^32K?
我们已经知道,只要让物质粒子具有越来越高的速度,它们的动能就越大,我们测量出的温度也就越高。
那么,是否存在一个最高速度呢?答案是肯定的。根据相对论,质量存在的粒子无法达到光速,只能无限接近。那么光速极限就是温度的上限吗?答案是否定的。
最高温度被称为普朗克温度,约为1.4×10^32K。这个温度是如何定义的呢?它与宇宙的起源有关。
我们都知道,宇宙是由一次大爆炸开始的。在大爆炸之前,所有的能量都集中在一个无限小无限密的奇点中。当大爆炸发生时,奇点开始膨胀和冷却,形成了我们现在所看到的宇宙。
在大爆炸后的第一个普朗克时间内(10^-43秒),宇宙中所有能量都处于极高密度和极高温度状态。这个时期被称为普朗克时代。在普朗克时代中,所有已知的物理定律都会失效。我们现在所用的物理定律,在普朗克时代根本不适用。
普朗克时代之后,宇宙进入了暴涨时期。在暴涨时期中,宇宙以超过光速的速度膨胀了10^78倍。暴涨时期结束后,宇宙进入了辐射主导时期。在辐射主导时期中,宇宙中充满了高能辐射和各种粒子。
随着时间推移,宇宙不断扩张和冷却,各种粒子逐渐形成了原子、分子、恒星、行星、星系等结构。直到现在,我们所处的宇宙已经经历了138亿年左右的演化。
那么为什么绝对零度与普朗克温度之间的差距如此之大呢?
从上文我们可以看出,绝对零度与普朗克温度之间差了约10^32个数量级。
这个问题的答案其实很简单:因为我们生活在不同的宇宙时代。
我们现在所处的宇宙,已经经历了138亿年左右的扩张和冷却,已经接近很低的温度。我们所能观测到的宇宙背景辐射,就是宇宙早期高温状态的遗迹,它的温度只有2.7K。
而在普朗克时代,宇宙中所有能量都处于极高密度和极高温度状态,这是我们无法想象的。我们所用的物理定律,在普朗克时代根本不适用。
如果我们出现在宇宙诞生后的几秒钟,就会发现高温无处不在,温度之高接近极限温度。各种粒子都以光速飞行。
而我们可能会问,为什么宇宙最低温度竟可低到-273.15°C,而最高温度却只有1.4×10^32K?
原因仅仅是我们生活在不同的宇宙时代。未来宇宙还会继续冷却,温度也会越来越接近绝对零度。
总结
绝对零度与普朗克温度是两个极端的温度概念,它们分别代表了物质粒子运动的最小和最大状态。绝对零度是由量子力学中的不确定性原理限制的,而普朗克温度是由相对论中的光速极限限制的。
绝对零度与普朗克温度之间的差距如此之大,是因为我们生活在一个低速、低能量的宇宙之中。如果我们能回到宇宙诞生时期,就会发现高温无处不在,而低温则难以想象。
在不可预知的未来，所有的恒星都已熄灭，所有的运动都已停止，那个时候就是到了绝对零度！不过，跟我毫无一点点关系[笑着哭]
悖论斯坦五大骗术V2：： ——1.蔑视自然创造反公理假说(骗)，由反公理假说演绎方程(骗)，号称证明全称假说命题(骗)。 ——2. 数学假装物理，创造虚幻数学“物理概念”，破坏基本概念和认知体系。搞些莫名其妙的虚幻数学“相对时空”数学“质量”数学“能量”。相对速度是无穷多的，哪有高低速之分？还编造一个绝对速度钉子户？力与质量需要宏观微观两套规则？ ——3. 以必然有不确定性的观测精度攻击确定性的引力公理，以必然有的认知进化祸害绝对真理。以宏观现象为基础的电磁理论描述微观粒子电磁行为明显不足，两朵乌云不奇怪，他却借机破坏伽利略变换！ ——4. 指鹿为马，指马为鹿，“波粒二象性”，破坏认知自然的最核心根基——确定性。狗都认识自己的主人知道真假，不搞二象性。 ——5. 无中生有创造假说(鬼)，用解释稀奇谎称证明且无耻于悖论(已有效证伪)，却要求别人证明没有鬼，搞万能骗术！！！………水星进动证明的大笑话：(A).号称证明全称公设是欺骗。 (B).忽视了水星的电磁力等等影响因素(1974地外水星探测)，居然弄出高精度？活见鬼还是见活鬼？(科学求真需要批判精神，虽异常艰难但绝不应包容悖论欺骗！)
因为温度是人设定的，不是宇宙！
理论物理学进展缓慢(倒退)的原因：：：：：： （1）有不少观念认为，先创造假说～再验证证明，就是科学。这其实是一种悖论斯坦式两头骗术！！！假说认知自然有任何成功先例吗？数字文字概念符号包括几何公设(黎曼欧几里得)，都是经验的理想化抽象，不预测任何真实，用于表达真实。与假说根本不同。………光速不变预测真实显然不能冒充公设，它不仅创造假说，还违背相对速度公理。（2）悖论斯坦的号称证明也是骗术！！！自然规律是全称命题，象万有引力定律一样，证伪当然有效，证明/证实当然无效，一天证明10000次也没用，号称证明当然是斯坦骗术。牛顿自然哲学的观点是观测归纳，还是必要充分真实的归纳，明确反对创造假说！！！创造假说号称证明，是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖的狂妄骗术。 （3）悖论斯坦骗术已经成了一种十分强大的科学时髦。实在是恐怖和难以理解的！！！ （4）倒退是指创造假说泛滥，攻击已有物理公理物理概念和认知方法，以认知进化否定绝对真理，祸害哲学。
粒子对撞机能创造新物质吗？不！！！它只能产生一些新的破碎。核能化石能太阳能都是释放光子，光子本性才是能源问题的关键。参见论文 photon energy and photon behavior discussions，牛顿力学可以完美解释光子能量与光子行为。光子中微子是电子质子撞击的破碎，质子电子都会以恐怖的强大电斥力(引力的10^36～10^42倍)发射它们的碎块，电子碎块到达零电势区域的速度刚好是真空光速。光子在原子内部强引力场中有轨道运动 折射与轨道逃逸，斥力场散射反射等。……中子大冲量撞击原子核是产生光子的最有效方法，电子撞核，质子撞电子，冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源，且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说)，高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子，温度传递由高温体到低温体是必然(熵只是数学描述，动能耗散是生机不稀奇不绝望)。高温体辐射更多动能光子(内部外部一致)，当然微观运动更剧烈(热动说)。物体无任何光子辐射就是绝对零度，宇宙背景辐射超过且接近绝对零度，达到绝对零度当然十分不易。真理都不奇怪！必须信任自然的绝对诚实。