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为什么温度最高可达1.4亿亿亿亿度,最低仅
理论上,温度并不存在上限,温度能够达到任意高的程度,可以远超1.4亿亿亿亿度。但温度存在一个理论下限,大约为-273.15摄氏度。那么,为什么温度没有上限?为什么宇宙中出现过的最高温度是1.4亿亿亿亿度?为什么温度又会有下限呢?
事实上,所有这些问题与温度的产生机制有关系。无论什么物体,从微观角度来看,它们都由原子、分子或者离子组成。根据相对论和量子力学,构成物体的各种粒子不是绝对静止的。因为相对论表明,宇宙中的参照系都是平权的,没有绝对静止的参照系。而且不确定性原理也禁止出现绝对静止的情况,一旦粒子绝对静止,它们的不确定性消失,其位置和动量会被完全确定下来。
因此,粒子必然会做永不静止的热运动。粒子热运动会让宏观物体产生热量,为了衡量这种冷热程度,就需要温度这个参数。粒子热运动的剧烈程度越大,平均动能越大,宏观物体的温度就越高。
理论上,当粒子热运动完全停歇时,温度将会达到最低的绝对零度。根据实验的测量,可以计算出最低温度约为-273.15摄氏度。在热力学中,最低温度被定义为0开氏度。
另一方面,虽然狭义相对论禁止有质量粒子的运动速度达到光速,但这并不意味着它们的动能不会无限增加。根据狭义相对论,随着粒子的运动速度无限趋于光速,它们的动能也会趋于无穷大,所以温度也会随之趋于无限高。
但在宇宙中,温度没有达到过无限高。根据标准宇宙模型,宇宙的最高温度出现在138亿年前宇宙创生的最初时刻,这个温度是普朗克温度,其大小约为1.4×10^32度,即1.4亿亿亿亿度。
在普朗克温度下,宇宙中已知的一切物质、原子和基本粒子都无法存在,已知的四种基本力将会统一在一起。在现有的理论中,人类所能理解和描述的最高温度是普朗克温度。如果想要知道比普朗克温度更高的温度是怎样的,需要量子引力理论。但迄今为止,广义相对论还未能完成量子化,它尚未与量子力学相统一。
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