人類能創造10萬億度高溫，為什麼無法突破絕對零度？

2023-04-01 04:11:44 1

人類創造的最高溫度

在歐洲，靠近瑞士日內瓦，有一個叫做LHC的大型粒子加速器。LHC的周長為27公裡，當它投入使用時，周圍住宅建築中的燈泡要暗得多。

什麼是大粒子加速器？

它實際上是一個深埋地下的大型測試設備，但裡面有一個特殊的隧道。隧道鋪有加速管，專門用來加速粒子。一般來說，科學家會將粒子加速到接近光速，然後讓粒子迎面撞擊。

那你為什麼要這麼做？

這實際上是在驗證微觀世界中的一些物理理論。因為微觀世界的規模太小，經過100多年的研究，科學家們發現，用純粹的「碰撞」來進行實驗和分析碰撞後的產品是最有效的方法。現在關於微觀世界的理論是粒子物理的標準模型。粒子物理的標準模型是什麼？

在上個世紀，科學家發現了許多以前從未見過的粒子以這種方式碰撞。如何排列這些粒子是一個非常困難的問題。後來，在一群科學家的努力下，他們通過量子力學和相對論的結合得到了一個理論框架，並把這些粒子放進了這個理論中。

在這組理論中，科學家預言了希格斯玻色子的存在。它的功能是賦予粒子質量。這是整個理論的最後一塊拼圖。科學家們一直想找到它，這需要好的實驗設備。起初，科學家們去美國勸說美國人製造這種設備。結果，美國人覺得費用太高，所以他們拒絕了。

後來，科學家們去了歐洲，勸說歐洲製造這種設備。當時，他們包裝了一個概念，叫做希格斯玻色子:上帝粒子。事實上，這一舉措效果很好，真的說服了歐洲建造LHC。

在尋找希格斯玻色子的過程中，LHC當地產生了能量相當於10萬億度的黑體輻射。這也是人類製造的最高溫度。

宇宙中最高的溫度

儘管10萬億度非常高，但它實際上並不是宇宙中最高的溫度。這個溫度大約是大爆炸後十分之一秒。那我們為什麼在這裡提到大爆炸？

這是因為宇宙中最高的溫度誕生於大爆炸之初。我們知道，根據目前科學界的主流理論，宇宙起源於138億年前的一次大爆炸。

在物理學中，任何變化實際上都有最小的單位。也就是說，世界上的變化不是連續的，而是粒度的，但是粒度太小，我們認為世界上的變化是連續的。時間的流逝是許多變化之一。時間變化的最小單位叫做普朗克時間，大約是5.39 * 10 (-44)秒。

由於當前物理理論的局限性，我們無法知道大爆炸後5.39 * 10 (-44)秒(普朗克時間)發生了什麼。我們只知道宇宙在大爆炸後5.39 * 10 (-44)秒的溫度是141 * 10 32度，或1.41億度。這是我們所知的宇宙最高溫度。

後來，隨著宇宙的膨脹空，宇宙的溫度逐漸下降，在萬分之一秒內達到10萬億度。現在，氣溫只有2.73度，比絕對零度只高2.73度。它以宇宙背景輻射的形式存在。

因此，人類創造的宇宙最高溫度仍然很遙遠，甚至我們可以說人類根本無法做到這一點。既然無法達到最高溫度，有可能達到絕對零度嗎？

為什麼人類不能達到絕對零度？

熱力學第三定律告訴我們絕對零度是無法達到的。那為什麼會這樣？

眾所周知，絕對零度是零下273.15度。為什麼這是一個如此奇怪的數字？

這從物質的組成開始。一切都是由粒子組成的，粒子不是整齊排列的，而是不斷運動的。

科學家發現，從微觀角度來看，組成物質的粒子整體運動越強烈，溫度越高。整體運動越不劇烈，溫度越低。

因此，科學家用粒子的平均動能來定義溫度。通過這個定義，我們不難認為最低溫度必須是粒子平均動能最小的狀態。因此，只要我們從理論上計算，我們就能得出絕對零度是負273.15度。當然，這個定義實際上是基於水在0度結冰和水在100度沸騰的條件。當然，我們也可以直接將絕對零度定義為0度。那為什麼不能達到絕對零度？

事實上，讓我們想像一下，根據溫度的定義，我們可以知道粒子的平均動能越低，溫度就越低，但是絕對零度對應於粒子的平均動能已經最低的情況，也就是說，粒子的平均動能不能再降低了，因此，溫度不能再降低了。