絕對零度只有-273.15度,為何人類永遠無法突破絕對零度?

网瘾少女 2022/03/17 檢舉 我要評論

生活中,我們每天都能感受到溫度高低對我們生活的影響,但溫度到底是什麼呢?

巨觀上講,溫度就是衡量物體冷熱程度的量,但顯然這種定義有點抽象,沒有具體說明溫度的概念。

微觀上講,溫度就是微觀粒子運動的劇烈程度的體現。也就是說,微觀粒子(分子)的運動就體現出了溫度。運動越是劇烈,溫度就越高。

地球上哪裡的溫度最高?地核,溫度高達六千度以上。太陽表面溫度達到5500度,而太陽核心溫度可以達到1500萬度以上。

高溫在宇宙中很常見,主要出現在大質量天體,比如說恒星,白矮星,中子星,中子星溫度可以達到上億度以上。

那麼高溫有沒有上限呢?會不會無限高呢?

一開始,科學家認為溫度是沒有上限的,畢竟科學家發現了太多大質量恒星的溫度都比太陽高很多。

但是,隨著新理論的不斷湧現,科學家終于明白,高溫也是有上限的,並不能無限高。

愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,光速是萬物運動的速度極限,這就意味著溫度並不能無限高。

如今科學家們已經計算出宇宙的溫度上限,所謂的「普朗克溫度」,大約1.4億億億億度。

普朗克溫度是宇宙大爆炸發生一個普朗克時間時的溫度,是宇宙中的最高溫度。因為普朗克時間是有意義的最小時間單位,任何小于普朗克時間的單位都沒有意義。普朗克溫度與光速,普朗克常數,普朗克質量,萬有引力常數有關。

有人可能會說,在普朗克時間之前的溫度不是比普朗克溫度更高嗎?

確實很有可能。但那不是現代物理學所能描述的,正如剛才所說:普朗克時間是有意義的最小時間單位,小于普朗克時間就失去了意義,再去談溫度也就沒有意義了。

不過,科學家們推測,宇宙大爆炸發生時的奇點是一個密度溫度無限高的緻密小點,奇點的溫度究竟有多高?已經不是我們能解釋的了。

最高溫是普朗克溫度,那麼最低溫呢?

絕對零度,零下273.15度,大家應該都知道。理論上講,當微觀粒子完全靜止時,溫度就是絕對零度。

但量子力學的不確定性告訴我們,粒子的位置和速度是不確定的,兩者的不確定性的乘積必須不小于一個常數,用公式表達就是:

從公式中可以看出,粒子的速度不可能為零,微觀粒子是不可能靜止的,時刻在不停地運動當中,它們的運動也是不確定的,我們不能確定粒子的下一刻到底在什麼地方,只能用機率去描述。

科學家通過不斷努力,曾製造出非常接近絕對零度的低溫,但就是達不到絕對零度,它就是宇宙溫度的溫度下限,就像光速是宇宙的速度上限一樣。

天文學家們在宇宙中也發現了非常接近絕對零度的存在,「回力棒星雲」,那裡的溫度低至-272度,僅僅比絕對零度高了一度多而已。

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