宇宙大爆炸时的最高温度是多少度?为何温度能达到这么高?

孤尔者


宇宙大爆炸时的最高温度是多少度?为何温度能达到这么高?

不用说大家都知道宇宙中温度最高就是普朗克温度,而温度最高时的状态就是宇宙大爆炸发生前高温致密的奇点,但这个温度是怎么来的,奇点说又是如何诞生的,这是我们感兴趣所在!

普朗克温度的由来

从微观的角度来理解,温度表示的是物质的微观粒子运动剧烈程度,两者有着不可分割的关系,你不能说一个物体温度很高但它的微观粒子不运动,这是矛盾的,可以用如下公式来表示!

T为温度,m为n个微粒组成的物质质量,v为速度,K为玻尔兹曼常数,这个公式将温度和微观粒子的运动建立起了关系!那么宇宙中最高温度我们就可以推算出来了,有质量的物体最高运动速度是光速,因此只要将光速代入公式即可推算出最高温度的极限值,如下:

各项参数都已经有了,不过这里要说明下普朗克质量,它是是粒子的康普顿波长与其史瓦西半径 相比拟时的质量,是粒子质量的理论最大值!计算出的普朗克温度是1.416808(33)×10^32K,但我们必须要了解几个关键要素:

  • 普朗克温度不是测量得到的,而是根据各项参数的最大值推算出来的
  • 普朗克温度是宇宙中温度的理论最大值

了解了普朗克温度的来历后我们再来讨论下奇点!

宇宙大爆炸论的前世今生

宇宙大爆炸到底是不是宇宙诞生的唯一选项,我们并不能100%肯定,但到现在为止是这个解析比较符合现代宇宙的发展,那么它是怎么来的呢?

  • 1916年爱因斯坦发表了广义相对论,其中的引力场方程的前途几乎就可以扩大到整个宇宙。
  • 1922年弗里德曼假设宇宙物质分布是均匀的,推导出了宇宙形状的弗里德曼的方程。
  • 1928年勒梅特在求解弗里德曼方程时提出了和弗里德曼一样的观点。
  • 1929年天文学家哈勃发现宇宙膨胀,并且确定膨胀速率的哈勃常数。

根据宇宙膨胀结果推测过去的宇宙曾经处在先当紧密的一个空间内,物理学家推测这个空间可能处在高温致密的状态。

  • 1949年弗雷德·霍伊尔在BBC的一次节目中首次将勒梅特的观点称之为大爆炸,这是第一次使用宇宙大爆炸的来历!
  • 1964年阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了宇宙微波背景辐射!至此从宇宙膨胀反推到到宇宙大爆炸后的余晖发现,宇宙诞生于一场大爆炸证据也越来越充分!

后期射电天文的发展,对于原初元素的丰度也和大爆炸理论计算值非常接近。至此大爆炸理论已经成为了宇宙诞生的标配!

奇点的诞生

大爆炸都诞生宇宙了,为什么还没有诞生奇点?早期的大爆炸模型已经建立很完善了,但对于宇宙诞生的那一刻仍然是一脸懵逼,1965年罗杰·彭罗斯于1965年提出了黑洞中心的时空奇点的理论,霍金受到启发,在1966年3月发表了《奇点与时空几何》,初步提出了大爆炸奇点的想法!

霍金和彭罗斯认为,宇宙的诞生之初必定有一个起点,时间与空间就从最初的起点开始演化,1968年霍金与彭罗斯共同发表论文,认为宇宙遵守广义相对论,并且含有足够多的物质,那么宇宙必定起始于大爆炸奇点!

但广义相对论在到达普朗克温度前就会失效,是不是很奇特,宇宙遵守广义相对论,但它的诞生时广义相对论是不存在的,不过量子引力论可以避免宇宙诞生于连广相都不适应的奇点!

因此到现在为止奇点论仍然是假设,另外不需要起点的宇宙诞生大致有如下几个理论:

  • 哈特尔-霍金无边界条件的时空有限模型也不需要奇点存在。
  • 弦理论中膜的运动的膜宇宙模型没有奇点什么事,而且还认为宇宙是周而复始的
  • 混沌暴胀理论,每次爆炸都会诞生新的宇宙。

一个假设的宇宙诞生奇点论,在宇宙诞生的尽头,广相已经失效,奇点的温度达到了普朗克温度,大爆炸即刻发生,整个宇宙的物质被压缩一个奇点,这是一个神奇的经历,而宇宙在不到1S的时间内即诞生质子中子等一些列宇宙中最基本的组成,那更是一个梦幻般的经历,但关于所有一切起源的奇点,到底有没有,仍然有待科学家去验证!


星辰大海路上的种花家


根据宇宙学标准模型,宇宙起源于奇点大爆炸,宇宙最初时刻非常炽热。那么,宇宙大爆炸时的温度有多高呢?天文学家又是如何推测出宇宙的起源呢?

哈勃发现的关键证据

很长一段时间来,稳恒态宇宙的观点深入人心,就连爱因斯坦在创立广义相对论都受到了影响,他给引力场方程中加入了宇宙常数,使得方程所描述的宇宙是静态的。然而,哈勃在20世纪20年代的发现改变了这一切。

哈勃发现,宇宙中的星系不是一半靠近银河系,一半远离银河系,而是几乎都在远离银河系,而且远离速度还随着距离的增加而变快。唯一能够解释这种现象的原理是宇宙空间在均匀膨胀,空间中的星系被互相拉开。爱因斯坦不得不承认自己犯了错误,把宇宙常数从引力场方程中剔除掉(但又因为其他原因被后来的天文学家再次加入)。

如果空间在膨胀,宇宙的过去必然很小。如果追溯到宇宙的开端,整个宇宙将会坍缩到奇点之中。于是,宇宙被认为是从奇点大爆炸中创造出来的。

宇宙大爆炸的另一个证据

如果宇宙过去很小,那么,大量的物质和能量聚集在一起,就会得到极高的温度,这意味着早期宇宙非常热。既然如此,这些热量应该还残留在当今的宇宙中。在20世纪60年代,天文学家发现了各向同性的宇宙微波背景辐射,这正是宇宙大爆炸的热残余。

除此之外,宇宙中元素的比例和星系的演化都能进一步支持宇宙大爆炸理论。

宇宙最初有多热?

在138亿年前的奇点时刻,一切东西都集中在无限小的空间中,宇宙温度达到了无限高的程度,目前没有理论能够描述那种状态。

在宇宙演化到第一个普朗克时间,也就是当宇宙诞生5.4×10^-44秒时,宇宙温度达到了目前理论所能描述的最高温度——普朗克温度,1.4×10^32开氏度。在这种极端温度下,包括引力在内的已知四种基本力没有差别,它们统一成同一种力。在大爆炸1秒之后,温度下降为100亿度。

当空间经过38万年的膨胀之后,物质和能量分散开来,宇宙温度下降到3000开氏度。到了宇宙诞生大约1500万年时,宇宙温度降为300开氏度,即27摄氏度,这差不多是室温的状态。目前,宇宙的平均温度只比绝对零度高了2.725度,相当于零下270.425摄氏度。


火星一号


奇点

1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,其中有个广义相对论引力场方程。从这个方程中,爱因斯坦发现,宇宙竟然是一个动态的,会膨胀的宇宙。可那个时候,大多人对于宇宙的看法其实并不是这样,他们认为宇宙是永恒的,是静态的。意思就是,从古到今,宇宙都这样,几乎没什么变化。于是,为了不颠覆自己的三观,爱因斯坦在方程中加了一个宇宙学常数,这样就抵消了宇宙膨胀的效应。

可是好景不长,没过多少年,有位天文学家叫做哈勃,他在观测星系时,就发现星系有红移的现象,也就是说,这些星系正在离我们远去。而且这种远去的方式很古怪,是宇宙中各个位置的星系似乎都有类似的情况。后来,随着深入地研究,他们发现,宇宙其实是在各个部分等比例的膨胀。(据说,爱因斯坦得知这件事时特别懊悔当初加了那个宇宙学常数,直接错过了一个极为重大的发现。)

如果,宇宙是在随着时间膨胀的,那么如果沿着时间的方向倒推,那宇宙应该起源于一个点,这个点后来被我们称为

奇点

而奇点其实真的是很奇怪,因为现有的物理学理论是没有办法描述奇点的,无论是广义相对论还是量子力学都不行。目前,只有霍金和彭罗斯尝试用数学方式证明奇点是可能存在的,仅此而已。一般认为,奇点是一个体积无限小,密度无限大,时空曲率无限大的点。

宇宙大爆炸

大约在距今138亿年前,宇宙诞生于一场大爆炸,在宇宙大爆炸的最初10^(-44)秒内,宇宙到底发生了什么,我们现在还不得而知,10^(-44)秒是时间的最小间隔,被我们称为普朗克时间。此时,目前宇宙中的四大作用力还统一在一起,没有分离开。

宇宙第一瞬间显现出来的温度,被我们称为普朗克温度,这个温度是1.4*10^32开也就是我们目前所知道的宇宙曾经出现过的最高温度。因此,我们目前可以暂且把这个温度看成是宇宙中的最高温度。

而我们要知道的是,普朗克温度其实已经是温度的上限值了,按照目前的理论,无论用什么样的办法,都没有办法使得温度高于这个温度。

(不过也要补充一点,之所以会有这样的结论,是因为目前广义相对论一直无法和量子力学实现结合起来,我们缺少量子引力论的相关理论。所以,或许未来这方面的研究可能会改变我们对于普朗克时间和普朗克温度的一些看法。)

在这之后,宇宙的温度一直在持续下降,在38万年左右,宇宙的温度降到了只有3000开左右,而直至今日,宇宙的温度下降到了2.72开。

按照热力学定律,绝对零度也是达不到的,2.72开只比绝对零度高2.72开,所以已经非常接近了。之所以说达不到绝对零度,是因为按照理论,温度的本质其实是分子热运动的剧烈程度。

绝对零度(零下273.15开)时,粒子就应该是几乎静止不动。(实际上,由于量子不确定性原理的存在,它们还是会在一定区间内振动。)

而我们要使温度下降,实际上常规的作用是利用更低的温度来令其降温,但是绝对零度已经是最低温度了,我们根本无法搞出比绝对零度更低的温度。而科学家也有尝试利用激光在微观层面上进行操作,虽然一直无限逼近绝对零度,但至今还没有打破热力学定律的束缚,这就让我们拭目以待吧。

总结

因此,宇宙中存在这一个温度的上限,被我们称为普朗克温度,具体的数值是

1.4*10^32开,这是宇宙诞生第一瞬间显现出来的温度,从这之后,温度就开始逐渐下降。而按照目前理论,绝对零度是宇宙中的最低温度,是零下273.15开,按照目前的理论,绝对零度达不到,如果真的能达到,粒子应该是在一定范围内振动,而不是一动不动。


钟铭聊科学


宇宙大爆炸是被广泛认同的天文物理学理论,它也是有星体红移现象和宇宙微波背景辐射等天文观测证据支撑的。那么宇宙大爆炸时的最高温度能达到多少呢?在量子物理学中,这个温度被称为普朗克温度,指的是宇宙大爆炸开始的第1个普朗克时间中宇宙的温度,它的数值是1.416833(85)×10^32 K(开尔文温度,热力学温标,可以看作是从绝对0度开始计值的摄氏度),也可以读作1.416833亿亿亿亿K。


宇宙最初的时候只是一个能量奇点,一般理论认为这个奇点没有空间,宇宙半径尺寸趋近于零,但是它被认为很可能集合了宇宙中所有的物质和能量,因此是一个密度无限大,热量无限大,温度无限高,压力无限大,时空曲率无限大,体积无限小的“点”,小到被认为只有一个普朗克单位那么大,物质那么多,能量那么高,体积却那么小,所以起点被认为是宇宙出现以来温度最高的时刻,在这个高密高温高压的点中,宇宙引力能量和宇宙斥力能量瞬间先后处于无穷大,在其爆炸的第1个普朗克时间中,这个奇点的温度就是一个普朗克温度,理论上讲宇宙中不可能存在比这个温度更高的温度,因此讨论比其更高的温度是没有意义的。


宇宙中自然天体的温度都不会有这么高,我们地球内部的温度大约为6200K,比太阳表面的温度(6000k)略高一点,但是太阳内部的温度高达1500万K,不过一些大质量恒星中心的温度可达数十亿K,而恒星超新星爆发的时刻温度可达1500亿K,但中子星碰撞时的温度更高,可达3000亿K,理论上讲黑洞中心奇点的温度更高,但科学家们也不知道其温度有多高,不过其不可能超过普朗克温度。




那么我们人类目前所能达到的最高的温度是多少呢?科学家们通过欧洲大型强子对撞机的粒子对撞实验可获得高达10万亿K的温度,这温度已经远高于恒星中心的温度,比如它比太阳的中心温度还高了60余万倍,比中子星碰撞时候的温度还高了30多倍,然而这个温度却仅仅为普朗克温度的1000亿亿分之一。


人类的方向


宇宙中最高温度:普朗克温度

宇宙中的最高温度是多少?普朗克温度就是宇宙中的最高温度,即1.4亿亿亿亿度,可能有读者就会发出这样的疑问:恒星的温度无非也就是几百万甚至上千万度,这对于人类来说已经是无法承受的高温了,那么这个1.4亿亿亿亿度对于人类来说简直就是天文数字,人类根本无法去测量,好吧,退一万步讲,即使这个最高温度是通过测量得出,那么又如何保证宇宙中不会出现某一位置的温度比这个普朗克温度还要高呢?

在物理上其实很多的数据都不是由直接观测或者直接测量得出的,因为测量的次数是有限的,如果想要证明一个物理量是最大或者最小,那么就需要无限次测量去验证它的正确性,这就陷入了一次死循环,所以很多的限制值都是根据数学公式推导出来的,普朗克温度的推导过程如下

普朗克温度代表着量子力学体系中温度的上限值,如果温度超过普朗克温度的话,那么这个温度数值将失去任何物理意义,可能这样描述普朗克温度,大家还是会感觉很抽象,那么我就用通俗的语言解释一下,首先来说温度是微观粒子运动剧烈程度的体现,微观粒子运动程度越剧烈,物质的温度就会越高,那么温度的上限值也就等同于微观粒子运动剧烈程度的极限值,根据爱因斯坦的狭义相对论可以得出,光速是物质运动的最快速度,那么当微观粒子以光速运动的时候,其温度也就达到了极限,即普朗克温度,通常来说:物理学认为宇宙大爆炸那一刻的温度就是最高温度。


用户109554559489


宇宙大爆炸的最高温度是多小度?为何温度能达到这么高?要回答这个课题组,一,人类目前是没有办法确定宇宙大爆炸的奇点最高温度是多少,最高温度高的存在假说。不管按华氏度开氏度摄氏度列氏度等都不能正确算出老师要的最高温度。因为,目前人类的科学发展观微仪器分析和能察看天文方法知,还没有达到高潮的观察能力。半疯说,一是不知道宇宙有多大,但知知道她的存在存活有边界限。二是不知道宇宙的平均物质密度是多少量度。结果,这样的存在,现在是无法正确算出宇宙第一次大爆炸的最高温度是多小高温度的实际情况存在于自然的存在。二,要知宇宙第一大爆炸的最高温,是要按各种基础粒子的总和与质息的存在事,是其各类型不一样的物性能量等于速度温度密度与向心压强在演变着模型制作的最高温度的存在,不是实际的自然最高温度存在于自然那大爆炸奇点的存活。所没有基础的参数,就不可能有正确的最高温度表示。也是人为行为在左右晋级着各自的运算答案的存在,是这那于自然不对影的存在温度算法知观文看看呗了。所以,因基础粒子的物性特性术变总则与她们的各类型不一样的存在着运动活力的不同,只能简算于自然的存在方法作思维运算的推导了。也是按基础粒子特性术变总则与质息的存在事按时空,是又会在改变着自然总律的存在方程组的易变,是果存活于熵守圈圆层推导方式出纬度结果的不一。再因是,这个课题组的物信与质息的存在于设计空间时,时事是被第一次炸后的基础粒子温度升高和破碎开基础粒子的存在在进行组合的聚变出侉子态的存在假的真不了。这样,这那破碎基础粒子是按术变总则数变裂变聚变法则在进行演变着物质的组合,就是逼放出热力能量在演变着的存在于自然的存在。这时间,就必须要和在这个空间内的各种类基础粒子组合成侉子态一需成再进组合结合起来圈圆内外层离子态的呈现高温升高的存在于自然的存在。这样的存在,第二次是各大星系的连续爆炸,她们的温度比第一次宇宙大爆炸的温度高出的存在……。以上有发布简单介绍,过去半疯说实话,目前人类连基础粒子的特性都不知识,就不可能有边界限的涅槃自我认识自然总律与质息的存在改变自己的想法不一样的存在于自然的存在,科学在演变着试卷答案了了的存在是自我。谢了兄弟姐妹们过得节日快乐!顺心如意!


应家老大697


科学家认为宇宙大爆炸时候的最高温度是普朗克温度,普朗克温度是温度的基础上限;现代科学认为推测任何东西比这更热是毫无意义的。据现时的物理宇宙学,这是宇宙大爆炸第一个瞬间的温度(第一个单位普朗克时间)。

其中:
为普朗克质量,c为真空中的光速,

为约化普朗克常数(又称狄拉克常数),k为玻尔兹曼常数,G为万有引力常数。

那么最后计算出来的结果是 T=1.416833(85) × 10的32次方K。

为什么宇宙大爆炸的时候能够产生如此高的温度呢?科学家认为,在一百多亿年前,在宇宙未诞生之处,没有时间,没有空间,只有绝对真空。真空里面有真空零点能,真空零点能构成了奇点,宇宙的产生是由于一个非常小能量却无穷大的奇点爆发而产生,那一瞬间能量大到无法想象,由于长时间的演变,宇宙万物开始变成平稳的状态,因此普朗克温度就不复存在了。


胖福的小木屋


现代的宇宙大爆炸理论认为,宇宙诞生于一个致密的奇点,138亿年前的某一刻,奇点突然爆炸,然后宇宙就由此产生了。

很多人都只知道宇宙中有最低温度,那就是绝对零度,或者说是零下273.15摄氏度,但是其实宇宙中也有绝对最高温度,这个温度我们称之为普朗克温度,它是自然界中温度的基础上限,现代的科学家认为,宇宙中比普朗克温度更高的温度是不可能出现的,而且研究这个极限高温则没有任何意义,普朗克我们都知道,能量量子化理论的提出者,也是量力物理学的开门者,普朗克温度以他命名。一个普朗克温度也就是宇宙大爆炸的那一刻的宇宙温度,普朗克温度以Tp表示,一个普朗克温度Tp=1.416833×10(85)^32K(括号中的85为不确定性指标)。推导如下:





需要搞清楚的是,普朗克温度并不是科学家测出来的宇宙最高温度,而是通过理论推导出来的,普朗克温度也是理论上的宇宙最高温度,至于公式如何推导出来的,这里就不多说,下面来简要讲一讲宇宙大爆炸的过程,以及各个时间节点中宇宙产生的变化。宇宙大爆炸理论假说最早于1927年由比利时天文学家勒梅特提出,到了1929年,美国天文学家艾德温·哈勃通过观测银河系周围的星系的时候发现了引力红移现象,并提出了星系的红移量跟星系的距离成正比的哈勃定律。

哈勃定律的提出进一步推导出了宇宙膨胀学说,其实在哈勃发现引力红移现象之前,很多的科学家持静态宇宙概念,比如说爱因斯坦就认为宇宙是稳定存在的,但是他用他的相对论却推导出来了一个宇宙是动态变化的结果,为此爱因斯坦不得不在方程中引入一个宇宙常数的量来保证宇宙是恒定的,可是哈勃的发现终结了爱因斯坦的想法,为此,爱因斯坦曾在自己的晚年说到引入引力常数是自己这一生中做过的最错误的决定。

宇宙爆炸简史

◆大概于138亿年前的某一刻,宇宙的大爆炸开始了,奇点迅速扩张,宇宙的时间和空间开始形成,爆炸之后10^-43s(一个普朗克时间),宇宙的温度为一个普朗克温度,在这一阶段,自然界的其中基本作用力都是一种,还未分离开来;

◆大爆炸之后10^-35s,引力已经分离出来,夸克、玻色子、轻子开始形成,宇宙的温度降温至10^27摄氏度;

◆大爆炸之后10^-12s,质子、中子及其反粒子开始形成,此时宇宙温度为10^15摄氏度;

◆大爆炸之后1秒之后,宇宙已经降温至100亿摄氏度,不过原子核还没有形成;

◆大爆炸之后10s,宇宙温度为3亿摄氏度,氢原子核和氦原子核开始形成,宇宙温度为30亿摄氏度;

◆……

◆大爆炸之后138亿年,宇宙微波背景辐射温度为3K,对于人类来说是极限低温。

宇宙未来会怎么样?

对于宇宙的未来,不同的人有不同的看法。

◆爱因斯坦认为宇宙是恒定不变的,他持稳态宇宙理论;

◆以科幻作家阿西莫夫为代表的人认为,宇宙会因为无限膨胀而慢慢冷却,最终冷寂下来;

◆一些宇宙学家认为,宇宙现在还膨胀,但是总有一天会停下来,然后再接着缩回去,最终回到原来的奇点,最终又引发一次宇宙大爆炸;

……

不过一些理论认为,宇宙的未来如何,取决于宇宙的密度参数Ω,如果Ω>1,则是封闭宇宙(宇宙膨胀减速然后收缩);Ω=1,恒定宇宙,也就是宇宙膨胀到了一定程度之后就停下来了(不过这种可能性很小);Ω<1,开放宇宙,那么宇宙一直膨胀下去,这就是很有意思的一种可能性了。

为何宇宙爆炸之初温度这么高?

其实宇宙大爆炸理论目前为止也只是一个推测罢了,奇点也只是人类为了描述宇宙创生而建立的一个模型,宇宙究竟是不是这样诞生的,目前还是个未知数,至于说奇点是怎么来的,奇点爆炸之前宇宙是什么样子的这样的问题,实在是无法解答,因为在宇宙诞生之前,什么也不存在,时间空间都不存在,去讨论奇点如何诞生也是没有意义的。至于说宇宙爆炸的瞬间温度,那也是理论公式推导出来的,问它为什么这么高我也说不清楚。不过前几年倒是有科学家做过粒子对撞实验,他们通过这个实验成功制造出了4万亿摄氏度的超高温度,不过存在时间很短罢了,这也是对模拟宇宙大爆炸的一种模拟。


镜像宇宙



彭晓韬


首先宇宙大爆炸是人类猜测的一个宇宙形成的论点,是否真的,谁也说不清楚!他们是从如下现象中的出宇宙大爆炸的结论的:目前从地球上观测的天体,都会随着时间的推移距离都在拉开,逐渐变远。这就给人一种感觉:这些天体都是从一个点开始向周围扩散的!通过周围天体的轨迹也可以判断出太阳系也在往一个方向行进。这就给人是因为爆炸,才使得这些天体被爆炸的力量推向四周扩散。单着是否是真的,谁也不知道。第二问是温度有多高。目前在温度上限根本没法定,目前没有界限!也不知道。虽然人类根据分子的运行规律找到了最低温度的临界值(绝对零度)。我觉着也不是。因为在宇宙中还有很多很多很多是人类未知的!人类掌握的只是太渺小了!连地球还没研究透彻,就别再谈宇宙了!


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