宇宙最低的溫度為什麼是-273.15℃？宇宙中存在溫度上限嗎？
2023-04-01 08:42:35
宇宙中最低和最高的溫度
在我們的宇宙中，實際上有最高溫度和最低溫度。最低溫度是零下273.15度。最高溫度是多少？
宇宙形成時最高溫度是個問題。氣溫達到1.4億度，即1.4 * 10.32度。讓我們在這裡補充一下，我們通常使用的度數是攝氏度。事實上，在物理學中，開爾文是用符號k來表示的。那麼為什麼會有最低溫度和最高溫度呢？
今天我們將談論這個話題。
最高溫度是怎麼來的？
根據當前的主流宇宙學理論，我們知道宇宙不是永恆的，而是有一個起點，這也叫奇點。138億年前，奇點發生了大爆炸。宇宙開始從無窮大迅速膨脹到無窮大空。
大爆炸時的溫度非常高。根據目前的理論，我們不知道大爆炸開始時普朗克時期發生了什麼。這裡我們解釋什麼是普朗克時間，它指的是時間變化的最小時間間隔。換句話說，時間的流逝不是連續的，而是有一個最小的變化單位，每個變化都是這個最小單位的整數倍。普朗克時間是44秒。
所以，在大爆炸後的44秒，宇宙對應於普朗克溫度，這是我們今天所知的宇宙最高溫度，是1.4 * 10 32k。在那之後，宇宙的溫度開始下降，在空之間急劇膨脹。在大爆炸後的380，000年，宇宙的溫度下降到大約3000，000。這時，宇宙中的原子形成了，光子可以自由地在宇宙中穿行。因此，普朗克溫度也被認為是溫度的上限。
今天，大爆炸的溫度仍然存在，這也是宇宙的背景溫度。我們稱之為宇宙微波背景輻射，這也是證明大爆炸的關鍵證據。同時，它告訴我們許多宇宙進化的證據，是天文學家手中的研究武器。
圍繞宇宙微波背景輻射，三項諾貝爾物理學獎現已頒發。宇宙微波背景輻射的存在也告訴我們一個關鍵信息，即宇宙不是絕對零度，而是有溫度的。這個溫度是大爆炸的剩餘溫度，現在是2.72度，比絕對零度高2.72度。但事實上，如果你用溫度計測量這個溫度，你會發現它根本無法測量。這有很多原因，但其中一個關鍵原因在於溫度的定義。
絕對零度
至於為什麼宇宙的背景溫度不能被測量，我們可以把它和絕對零度結合起來。我們知道一切都是由粒子組成的。從微觀角度來看，溫度的本質實際上是一種運動。我們將其定義為微觀粒子熱運動的強度。這到底是什麼意思？
事實上，組成一切的粒子並不是均勻排列的。他們基本上可以被認定為「極度活躍的病人」。這種運動使我們無法直接準確地觀察。
事實上，這種觀點是通過布朗運動間接觀察到的。布朗運動是指在水分子的作用下，花粉顆粒的不規則運動。愛因斯坦甚至用數學語言證明了布朗運動。
雖然我們不能描述每個粒子的具體運動，但我們可以用統計方法來測量它。科學家們發現，當這些粒子整體劇烈運動時，它們的溫度會更高，而當整體不劇烈運動時，溫度會更低。
因此，只有當粒子的數量足夠大時，才有溫度。但是太空真的是超級空狂，平均密度低於每立方米一個氫原子的水平。因此，溫度計不能測量溫度太空。
同樣，根據溫度的定義，我們可以很容易地理解絕對零度是如何獲得的。
具體來說，當粒子處於最低能量狀態時的相應溫度是在量子力學的理論框架中獲得的結果，並且是溫度的理論下限。我們可以從理論上計算這個結果，也就是負273.15度。
那麼你可能會首先問，有什麼方法可以把溫度保持在絕對零度以下？
我們可以從兩個角度來分析。首先，這在理論上是不可能的，因為物理學中有一個基本理論叫做熱力學第三定律。這個定義可能意味著不可能通過一個有限的過程將系統冷卻到絕對零度。如果它可以低於絕對零度，那麼這個理論是錯誤的。
實際上有可能做到嗎？
事實上，物理定律註定要被打破。如果沒有突破，新理論從何而來？
然而，提出新理論的前提是堅實的實驗證據。因此，一組科學家一直在努力工作以產生絕對零度以下的溫度。然而，到目前為止，還沒有人能夠使溫度低於絕對零度。他們只能儘可能接近絕對零度。
