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解讀宇宙最高溫1.4億億億億度,創造此溫度就能創造新宇宙!

2025-01-09科學

我們日常所經歷的氣候變遷,如四季的輪回、晝夜的交替,都伴隨著溫度的起伏波動。溫度對我們的生活有著直接的影響,我們根據溫度的高低來決定如何著裝。

然而,你是否深入思考過溫度的本質?大多數人知道溫度有一個絕對的最低點,即絕對零度,卻很少有人意識到溫度同樣有一個理論最高點。

現在,就讓我們一起來深入探討溫度背後的奧秘。首先,讓我們從溫度的基本概念談起。

許多人會將冷熱感等同於溫度,但這樣的定義過於寬泛和模糊,並沒有明確闡述溫度的本質。那麽,究竟如何衡量冷暖呢?

從物理學的微觀視角來看,萬物皆由基本的粒子構建,這些粒子永不停歇地在運動。物理學中,我們將這種微觀粒子運動的劇烈程度定義為溫度。

然而,由於粒子的運動是雜亂無章的,且數量眾多,我們無法透過單個粒子的運動來判斷物體的溫度,因此,通常借助統計學的方法來衡量。

具體而言,一個物體中粒子整體運動的劇烈程度直接決定了其溫度的高低。粒子運動越劇烈,物體溫度越高;反之,則溫度越低。

用物理學的術語來說,物體的溫度可以借助分子的平均動能來表示。分子的平均動能越小,物體的溫度也就越低。理論上,當分子的平均動能降到最低時,就對應著宇宙中的最低溫度——絕對零度,即零下273.15攝氏度。

盡管絕對零度是理論最低溫度,但在現實中,我們無法達到這一溫度,因為粒子運動不可能完全靜止。量子力學的不確定性原理也印證了這一點。我們只能盡可能地逼近絕對零度,卻永遠無法真正達到。

那麽,溫度的上限又如何呢?是否存在一個最高的溫度極限?

在很多人的觀念中,溫度似乎可以無限上升。理論上,既然溫度與分子的平均動能息息相關,那麽透過不斷提高粒子的平均動能,溫度應該就能無限升高。

然而,實際情況並非如此。即使不考慮宇宙中的速度限制,也無法讓分子的動能無限增加。

具體會發生什麽?讓我們來看一下隨著溫度的升高,物質狀態的變化。

自然界的物質通常有三種基本狀態:固態、液態和氣態。這三種狀態是隨著分子平均動能的增加而變化的,動能的增加使得分子運動更加劇烈,分子間的距離隨之增大,從而影響物質的宏觀特性。

但如果我們持續給瓦斯加熱,會發生什麽?

我們知道,分子由原子構成,而原子則由原子核和圍繞其運動的電子組成。原子核帶正電,電子帶負電,它們之間透過電磁力互相吸引。通常情況下,電子圍繞原子核穩定運動。

然而,在足夠高的外部能量輸入下,電子有可能獲得足夠的動能,從而擺脫原子核的束縛,變成自由電子。這時,物質就進入了第四種狀態——電漿態。

電漿態可以被形象地描述為一鍋「粒子湯」,裏面充滿了各種自由移動的粒子,如電子、原子核、光子等。

電漿在宇宙中廣泛存在,例如太陽就是一團巨大的電漿。太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度,壓力相當於2500億倍的大氣壓。

這裏插一句題外話,除了電漿態,還存在第五種物質狀態——玻色-愛因史坦凝聚態,這是一種非常接近絕對零度的超流性物質狀態,在該狀態下,物質會展現出與我們常識相反的現象。

那麽,電漿是否代表了物質狀態的終結?如果持續給電漿加熱,會發生什麽?溫度能否無限上升?

就目前人類科技而言,透過大型粒子對撞機讓微觀粒子以接近光速的速度相撞,科學家們曾創造出高達幾億度的高溫。理論上講,粒子對撞機越強大,我們就能制造出越高的溫度。

我們難以想象幾億度的高溫究竟代表什麽,但有一個問題值得我們思考:科學家們為何要努力創造如此高的溫度?

答案在於試圖模擬宇宙的起源環境。宇宙大霹靂理論是關於宇宙起源的主流觀點,它認為我們的宇宙始於138億年前的一次大霹靂。

根據現有的物理法則,我們無法了解宇宙大霹靂瞬間的細節,只知道大霹靂發生一個普朗克時間(即大自然中可測量的最小時間單位)後的情況。

因此,對於我們來說,大霹靂發生一個普朗克時間的瞬間溫度,即普朗克溫度,代表了宇宙的最高溫度,高達1.4億億億億度。隨著宇宙的膨脹和溫度的降低,基本粒子和四大基本作用力開始形成,再未出現過如此高的溫度。

也就是說,普朗克溫度僅在宇宙大霹靂發生一個普朗克時間的瞬間出現過。

進一步而言,如果不考慮技術問題,我們確實可以讓溫度持續升高,在此過程中,構成物質的基本粒子會逐漸消失,四大基本作用力合並成「超力」,最終轉化為純能量狀態,此狀態下的溫度即為普朗克溫度。

簡言之,這一過程宛如倒放宇宙的演化史,直到宇宙大霹靂的那一刻,仿佛我們創造了一個全新的宇宙。

這就是為什麽一旦達到了1.4億億億億度的普朗克溫度,實際上等於創造了一個全新的宇宙。

隨著溫度的持續升高,溫度的定義本身也發生了根本性的改變。在極高的溫度下,微觀粒子將不再存在,原有的溫度定義——微觀粒子熱運動的劇烈程度——已不再適用。

純能量狀態難以想象,其所對應的溫度需要全新的視角去理解。而宇宙大霹靂發生前的狀態,更是超越我們理解能力的「超時空」概念,現代物理學對此也難以給出解釋。