为什么零下273度是最低温度,1.4亿亿亿亿度是最高温度?

时间:2019-09-13 08:00:01 来源:15W 当前位置:外蒙淘金 > 新闻 > 手机阅读


为什么零下273度是最低温度,1.4亿亿亿亿度是最高温度?

理论上,不但低温有下限——绝对零度,而且高温也有上限——普朗克温度。关于温度的极限,需要来了解一下温度究竟是怎样的概念。

从宏观上来讲,温度高低反映的是冷热程度。但在微观上,物体之所以会有冷热的现象,其根本原因是微观粒子的热运动。因此,温度其实度量的是热运动剧烈程度。粒子的热运动包括平动、转动以及振动,所以粒子的总动能也由平动动能、转动动能以及振动动能所组成。以气体分子为例,如果某种气体分子的平动自由度、转动自由度和振动自由度分别为t、r和s,那么,平均总动能为:

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其中k为玻尔兹曼常数,T为温度。

可以看到,平均总动能与温度呈正相关。那么,平均总动能的上下限也决定着温度的上下限。

如果所有的热运动完全停止下来,物体也就不会有热量产生,所以温度将会降到最低的绝对零度,大约为-273.15 ℃。但量子力学禁止粒子绝对静止,所以温度不可能下降到绝对零度。人类在实验室中所实现的低温也只是在不断接近绝对零度,目前的最低温度比绝对零度高出100亿分之一度。

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另一方面,如果平均总动能不断升高,温度也会随之升高。根据狭义相对论,动能会随着速度趋于光速而变得无穷大,那么,这是否意味着温度可以无限高呢?

如前所述,温度是有上限的,不会无限升高。因为粒子的热运动剧烈到一定程度时,其史瓦西半径将会大于普朗克长度,这就会引发坍缩成黑洞,自身将会进入无限小的奇点中。因此,目前的物理学理论只能解释到普朗克温度。如果要探讨比普朗克温度更高的温度,需要量子引力理论,而这是目前所无法做到的。

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理论计算出来的普朗克温度约为1.4168×10^32 K,超过1.4亿亿亿亿度,只有在宇宙诞生的第一个普朗克时间(5.3912×10^-44秒)才有达到过这个温度上限。

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