宇宙最高溫度1.4億億億億度,創造這個溫度就能創造新宇宙!

我們每天都能感受到溫度的變化,春夏秋冬,日出日落,溫度都會起起落落,我們也會根據溫度的不同選擇不同的着裝。

但是,你真的瞭解溫度嗎?很多人都知道溫度存在極限最低值,也就是絕對零度,但並不知道也存在着最高溫度極限。

今天就與大家一起聊一聊有關溫度的那些東西,首先從溫度的本質開始。

很多人會認爲冷熱就是溫度,但這種定義太籠統,也很抽象,並沒有明確定義溫度到底是什麼,如何衡量冷和熱?

從物理學微觀視角來看,宇宙萬物都是由基本粒子構成的,而粒子並不是靜止不動,而是一直在運動當中。物理學上把微觀粒子運動的劇烈程度定義爲溫度。

不過粒子的運動都是無序的,而且數量非常多,我們很難通過單一粒子的運動情況判斷物體的溫度, 普遍利用的是統計學手段。

具體來講就是,組成一個物體的粒子整體運動越是劇烈,表現出來的溫度就越高。相反,粒子整體運動越不劇烈,溫度就越低。

用物理學術語來講,物體的溫度可以用分子的平均動能來描述。當分子平均動能越低,溫度自然就會越低。因此理論上講,當分子的平均動能最低時,對應的就是宇宙中的最低溫度。

這個溫度就是絕對零度,零下273.15度。

不過絕對零度只是理論上的最低溫,現實中是無法達到如此低溫的,因爲微觀粒子不可能處於絕對靜止狀態,量子力學的不確定性也表明了這點,我們只能儘可能接近絕對零度,但不可能達到。

那麼高溫呢?高溫有沒有極限呢?

在很多人的固有印象裡,溫度可以無限升高。理論上貌似也確實如此,剛纔說了,溫度與分子的平均動能息息相關,如果我們能讓粒子的平均動能不斷升高,溫度不就可以無限高了嗎?

但實際上我們是做不到這點的,且不說宇宙中存在光速限制,即便不存在光速限制,也無法做到讓分子動能無限升高。

到底怎麼回事呢?我們來具體分析一下,隨着溫度不斷升高,會出現什麼現象。

我們都知道自然界存在三種物質狀態,分別是固態,液態和氣態,這三種狀態就是分子平均動能不斷增加之後,出現的不同狀態。從固態到液態,再到氣態,分子的運動更劇烈,分子之間的距離也會變得更大,因而會影響到物體的宏觀狀態。

但如果給氣體一直加熱,會發生什麼呢?

大家都知道,分子由原子組成,而原子由原子核和電子組成。原子核帶正電,電子帶負電,兩者之間通過電磁作用束縛在一起,這種情況下,電子就不會亂跑,原子纔會保持穩定。

才原子的穩定也是相對的。當外部輸入能量足夠高,電子就可以獲得足夠多的能量,足以讓電子擺脫原子核的束縛,從而成爲自由電子。這時候的物體狀態就會呈現第四種:等離子態。

所謂的“等離子態”,說白了就是一鍋“粒子湯”,裡面充滿了各種自由移動的粒子,比如說電子,原子核,光子等等。

等離子體在宇宙中是很常見的,比如說我們的太陽,其實就是巨大的等離子體,當然其他恆星也是如此。太陽核心溫度高達1500度,壓強達到2500億倍大氣壓。

這裡說點題外話,除了等離子態,其實還存在第五種物質狀態:玻色-愛因斯坦凝聚態,是一種非常接近絕對零度的超流性的物質狀態,該狀態下的物體會出現違揹我們常識的現象,這裡就不再詳述了。

那麼,等離子體是不是物體狀態的極限呢?如果一直給等離子體加熱,最終會怎麼樣呢?溫度會不會無限升高呢?

就目前的人類科技水平而言,利用大型粒子對撞機,讓微觀粒子以非常接近光速的速度碰撞,科學家們曾創造出幾億度的高溫。理論上講,如果粒子對撞機足夠強大,還能製造出更高的溫度。

我們很難想象幾億度的高溫到底什麼樣,到底意味着什麼。不過有一個問題,科學家們爲何要去嘗試創造如此高的溫度呢?

主要目的就是模擬宇宙起源的環境。宇宙大爆炸是當今宇宙起源的主流理論,該理論認爲我們的宇宙起源於138億年前的大爆炸。

根據現有物理法則,我們並不知道宇宙大爆炸瞬間到底發生了什麼,只知道宇宙大爆炸發生一個普朗克時間之後的事情。

因爲普朗克時間是有意義的最短時間單位,任何小於普朗克時間的單位對於我們來講都是沒有一樣的。因此,大爆炸發生之後一個普朗克時間之內到底發生了什麼,我們並不知道,根據現有大自然法則,這段時間其實是沒有意義的。

因此,對於我們來講,大爆炸發生一個普朗克時間的瞬間溫度,也就是普朗克溫度,就是宇宙的最高溫度,高達1.4億億億億度。之後宇宙不斷膨脹,溫度不斷下降,開始形成各種基本粒子,還有四大基本作用力,再也沒有出現過如此高的普朗克溫度。

也就是說,普朗克溫度只出現過一次,那就是宇宙大爆炸發生一個普朗克時間的瞬間溫度!

進一步來講,在不考慮技術問題的情況下,我們確實可以讓溫度不斷升高,而在這個過程中,構成物質的基本粒子會逐漸走向衰亡,最終消失,同時四大基本作用力也會合並在一起,形成所謂的“超力”,最終成爲純能量狀態,而這種狀態下的溫度就是普朗克溫度。

說白了,這個過程就相當於把宇宙演化史進行倒放,一直倒放到宇宙大爆炸瞬間,就相當於我們創造了一個新的宇宙。

這也是爲什麼一旦創造了1.4億億億億度的普朗克溫度,實際上就等同於創造了一個全新的宇宙。

而在溫度不斷上升的過程中,溫度本身的定義其實也發生了根本性變化,因爲溫度上升到一定高度,微觀粒子就會衰亡不存在了,原來對溫度的定義是:微觀粒子的熱運動劇烈程度,顯然已經不適用了,因爲粒子本身已經不存在了。

純能量的狀態是很難去想象的,而純能量的溫度更是需要全新的視角去審視。至於宇宙大爆炸發生一個普朗克時間之前的狀態,更是我們無法理解的,有科學家認爲那種狀態或許是“超時空”狀態,而“超時空”的概念本身就是我們無法理解的,現代物理學也很難解釋。