03.03 宇宙中最高的温度能达到多少?目前最高的温度是多少?

讲科学堂


关于这个问题,首先要知道温度究竟是怎么回事。从化学上来看,原子、离子和分子是物体的基本组成。组成物体的粒子的热运动是物体产生温度的根本原因,所以温度的高低表示了粒子热运动的平均动能的大小。如果粒子热运动的平均动能越大,即粒子的热运动越剧烈,则温度也越高。可见,粒子的平均动能决定着温度的高低。

由于不确定性原理,粒子的热运动不可能会完全停止下来,所以温度有一个下限,那就是绝对零度,它被定义为0 K,或者相当于-273.15 ℃。再根据狭义相对论,组成物体的粒子的运动速度不可能达到光速,所以温度有一个上限,那就是普朗克温度,其大小约为1.4×10^32 K。或者根据黑体辐射理论和物理学的基本长度,物体辐射出的电磁波的波长只能大于等于普朗克长度,所以普朗克温度是温度的上限。

目前的理论认为,只有在宇宙大爆炸的普朗克时间(5.4×10^-44秒),温度才有达到过普朗克温度。目前在宇宙中已知最高温度是在双中子星合并过程中产生的,温度为3500亿度。而人类制造的最高温度比这还高,大型强子对撞机把高速运动的质子和原子核相撞,产生的最高温度可达10万亿度。


火星一号


宇宙形成后10负36次方秒,宇宙温度达到10000亿亿亿℃,而人类观测到的最高温度是伽马射线爆,几分钟释放的能量可以达到太阳1万亿年释放的能量总和。

目前通过观测宇宙,认为宇宙最初形成于同一处,星系红移和宇宙微波背景的观测,让我们知道宇宙在不断扩张和逐渐冷却,也可以推测出各星系在最初时距离比较近,因此推断所有星系都有一个共同起源。试想一下将现在930亿光年直径的宇宙,压缩在一个很小的地方,密度趋近于无限,引力作用产生的能量也是非常非常庞大的,温度也就非常高。具体有多高说不清,大概比人类所能观测到的高得多的多。

伽马射线爆是超大质量恒星坍塌碰撞、中子星碰撞或者黑洞融合的时候,因为巨大的质量损失转化来的能量,是宇宙中最剧烈的爆炸。通常只能持续很短的时间,也有发现能持续数小时的。几分钟释放的能量可以达到太阳1万亿年释放的能量总和,温度也就异常之高,喷发出的能量扫过的地方,没有生命可以存在。但是它们又为新恒星的形成提供了契机,被喷射出的物质能量散布在宇宙空间,逐渐凝聚又形成恒星。

具体温度有多高不好说,但仅从人类观测的结果来说,短短几秒释放一万亿年太阳释放的能量综合,顺便提一下太阳寿命也才只有百十亿年,温度可以达到1万亿摄氏度以上,甚至高到难以想象。


来看世界呀


热力学温标里面,温度的理论下限是“绝对零度”,理论上限叫做“绝对热”(absolute hot),与绝对零度相对应。

在当代物理宇宙学理论下,可能的最高温度是普朗克温度,其值为1.416785(71)×10^32K。

【有绝对零度(absolute zero),也有绝对热(absolute hot)】

该如何理解普朗克温度?可以从两个方面去理解:

一、宇宙大爆炸之后,经过了普朗克时间(5.39 × 10^−44s)后,宇宙的温度。在小于普朗克时间的尺度里,我们的物理理论失效,虽然那时候宇宙可能更热,但超越我们的认知极限了。

二、如果一个物体达到普朗克温度,它将发出对应于普朗克长度(1.616255(18)×10^−35 m)波长的黑体辐射。如果温度更高,它将发出比普朗克长度更低波长的黑体辐射,我们缺乏相应的理论,失效again。

【越高的温度所对应的的黑体辐射波长峰值越小。】

----华丽分割,以上理论,以下现实----

普朗克温度只是一个根据量纲分析得来的理论温度,并没有什么现实意义。回归现实,还是要看看我们现实宇宙中的物质能够被加热到什么样的温度。

20世纪60年代,在欧洲核子研究委员会(CERN)工作的哈格多恩提出,在温度超级高的情况下,强子都将“熔化”(melt),所有我们熟悉的由强子组成的物质都将变成一碗“夸克汤”,经过计算,这个温度大约在2×10^12K,因此被称为“哈格多恩温度”。哈格多恩认为,处于哈格多恩温度下的系统可以容纳尽可能多的能量,因为形成的夸克提供了新的自由度,继续增加能量将只会增加熵,而不是温度,因此哈格多恩温度将是一个无法通过的绝对高温。

【德国物理学家哈格多恩】

也有反对者认为,夸克物质也可以被进一步加热。

这个分歧已经可以用实验来验证了,10^12K温度级别对现代的人类来说,已经不是难事。这种夸克物质已经在欧洲核子研究中心的SPS和LHC,以及美国布鲁克海文国家实验室的RHIC的重离子碰撞中被发现。

在弦论中,也引入了这个“哈格多恩温度”,它被定义为让宇宙最基本的单元:弦所发生相变所需的温度。这个温度非常高,在10^30K级别,只比普朗克温度少了两个数量级,人类目前只能望尘莫及了。

近年来,又有人提出,在量子热力学中,某些系统可以达到“负温度”。

其实,“负温度”的系统比任何正温度的系统都要热。如果负温系统和正温系统接触,热量将从负温系统流向正温系统。这不是矛盾了吗?明明是负,怎么会比正的还热呢?

为了解决这一矛盾,科学家创造出了“冷度”这个物理量,为温度和玻尔兹曼常数乘积的倒数,从而解决了这一矛盾。温度为正的系统,熵值随着能量的增加而增加,温度为负的系统,熵值随着能量的增加而减少。所以,负温度是为了解释一些量子现象而引入的概念,在非量子体系下没有意义。

如上图,绿色为摄氏温度,红色为华氏温度,蓝色是开氏温度,黑色就是“冷度”,单位为“吉比特/纳焦耳”。这里的开氏温度以绝对零度为0,而以无限温度(可能是普朗克温度)为1,则越过了中间高点以后,再“高”的温度其实是“负温度。”


鲁超


自古以来,人们一直对满天的星星非常着迷。然而,大家知道这些明亮的星星是从何时开始,它们一共有多少个呢?

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任一禾


不知道,人类有理论上限,但人类才认知多少,那种说法看起来就是自嗨,一点也不靠谱。

就拿元素来说,金元素的形成,需要超巨恒星死亡时候压缩爆炸,温度在千亿度以上。

金元素又不是最高的元素,下面元素的形成只能更高,至于多高,我不知道。

你也知道炼金术是扯淡的玩意,铁元素形成,太阳这种恒星死亡爆炸能形成最终物质,温度大约一亿度。

把铁元素或者更小的硅元素变成金元素,局部需要几千亿度的高温,还需要超巨恒星爆炸时候的力,比黑洞的引力还大。


亦路514


没有证据的推测我都视为无效,凭我们人类掌握的知识还不能说明什么,太阳系的东西都还有一堆问题没有说清楚,就越级说宇宙的事了,说了就像是梦话。


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