在数学上存在着无限大、无限小的这种概念,代表着某种数值没有边界或者无法计量,但无限大、无限小这种概念也仅仅成立于数学体系之中,在现实生活中我们很难寻找出一种无限大、或者无限小的数值,例如宇宙中运动速度最快的是真空中的光速,能量的最小单位是能量子,即h=4.13566743(35)×10-15 eV·s等等,今天这篇文章就和大家聊一聊关于宇宙中最高的温度与最低的温度。
宇宙中最高温度:普朗克温度
宇宙中的最高温度是多少?普朗克温度就是宇宙中的最高温度,即1.4亿亿亿亿度,可能有读者就会发出这样的疑问:恒星的温度无非也就是几百万甚至上千万度,这对于人类来说已经是无法承受的高温了,那么这个1.4亿亿亿亿度对于人类来说简直就是天文数字,人类根本无法去测量,好吧,退一万步讲,即使这个最高温度是通过测量得出,那么又如何保证宇宙中不会出现某一位置的温度比这个普朗克温度还要高呢?
在物理上其实很多的数据都不是由直接观测或者直接测量得出的,因为测量的次数是有限的,如果想要证明一个物理量是最大或者最小,那么就需要无限次测量去验证它的正确性,这就陷入了一次死循环,所以很多的限制值都是根据数学公式推导出来的,普朗克温度的推导过程如下
普朗克温度代表着量子力学体系中温度的上限值,如果温度超过普朗克温度的话,那么这个温度数值将失去任何物理意义,可能这样描述普朗克温度,大家还是会感觉很抽象,那么我就用通俗的语言解释一下,首先来说温度是微观粒子运动剧烈程度的体现,微观粒子运动程度越剧烈,物质的温度就会越高,那么温度的上限值也就等同于微观粒子运动剧烈程度的极限值,根据爱因斯坦的狭义相对论可以得出,光速是物质运动的最快速度,那么当微观粒子以光速运动的时候,其温度也就达到了极限,即普朗克温度,通常来说:物理学认为宇宙大爆炸那一刻的温度就是最高温度。
宇宙中最低温度:绝对零度
宇宙中的最低温度是多少呢?绝对零度是宇宙中的最低温度,即0开尔文,换算成我们常用的摄氏度就是约等于零下273.15摄氏度,当然,绝对零度也并非是测量出来的温度,是通过理想气体状态方程推导出来的,当温度下降到零下273.15摄氏度时,气体的体积将缩小到零,在现实生活中,根本不存在体积等于零的物质,所以零下273.15摄氏度即绝对零度就成为了温度的最小值,但温度只能无限趋近于绝对零度,却永远不可能等于或者低于绝对零度。
绝对零度只是一个理论值,现实中永远不可能实现
除了通过公式推导,使用微观粒子的角度也可解释绝对零度为什么不可能实现,上一段提到了温度的实质是微观粒子的运动剧烈程度,那么温度越低,就代表着微观粒子运动越缓慢,那么当温度达到绝对零度的时候,则意味着所有微观粒子的运动都将静止,所有的能量都将消失,但这种假设只能在数学中成立,在现实中根本不存在一个区域没有任何运动、不存在任何能量的绝对真空区域,所以这意味着绝对零度虽然是温度的下限值,但绝对零度只是一个理论值,现实中根本不会存在,在量子力学中海森堡测不准原理也可以证明这一点,测不准原理:不可能同时准确的测量出一个微观粒子的动量(速度)与位置,如果真的可以实现绝对零度,那么意味着微观粒子的运动处于静止状态,我们就可以同时测量微观粒子的速度与位置,这与海森堡的测不准原理相悖。