宇宙最高溫度是1.4億億億億度，為什麼最低溫只有-273度？

2023-03-31 08:27:54 1

我們經常聽到「絕對零度」的概念，有些人認為這是宇宙中理論上的最低溫度(實際上，它不是，我們將在下面提到具體的原因)。那麼，宇宙的溫度最高嗎？

我們可以先給出答案:宇宙的溫度最高。到底發生了什麼？

今天我們來談談這個話題。

溫度

溫度是衡量物體冷熱程度的物理量，與熱現象有關。為了理解溫度的本質，我們需要從微觀的角度來看待它。我們知道宇宙中的一切都是由微觀粒子組成的。著名物理學家費曼曾提出一個想法。在《費曼物理學講座》一書中，他寫道:如果發生災難，所有的科學知識都將丟失，只有一句話可以傳給下一代，那麼我們如何用最少的詞彙來傳達最多的信息呢？我認為這句話應該是原子假說。

這裡的原子假設是所有的物體都是由原子組成的。費曼的話很有道理。微觀世界確實決定了整個宇宙的性質。

溫度實際上與微觀粒子的運動有關。微觀粒子在形成物質時不會整齊地移動。相反，它們總是在移動。我們甚至很難準確描述這一運動。

雖然我們不能描述單個粒子，但我們仍然有統計方法來獲得粒子的平均動能。科學家發現，粒子的平均動能越大，粒子的整體運動越快樂，溫度越高。相反，粒子的平均動能越大，粒子的整體運動越不愉快，溫度越低。

從上面的描述，我們自然會想，如果這些粒子完全不動，它是否對應於最低溫度？

雖然這很直觀，但實際上是錯誤的。上個世紀量子力學的發展表明微觀粒子具有波粒二象性。這種對自然的描述讓我們知道微觀粒子的行為與宏觀粒子完全不同，不是確定性的，而是概率性的。因此，微觀粒子不可能完全停在某個位置。

因此，最低溫度對應於顆粒平均動能最低時的溫度。這時，粒子會在一定範圍內振動，但振幅相對較小。這個溫度是絕對零度，零下273.15度。

然而，應該補充的是，根據熱力學第三定律，絕對零度不能達到。因此，絕對零度不是宇宙中的最低溫度。宇宙中任何較低的溫度都會高於絕對零度。

宇宙中最高的溫度來自哪裡？

這個溫度對應於粒子最高動能的狀態嗎？

宇宙中最高的溫度

宇宙中最高的溫度來自大爆炸的開始。根據我們當前的主流宇宙學理論，宇宙應該是138億年前誕生的大爆炸。目前，大爆炸理論是基於標準宇宙模型。相關證據是哈勃對星系紅移、宇宙微波背景輻射和氦原子豐度的觀測。

讓我們在這裡補充一點，我們不知道大爆炸為什麼會發生，更不用說大爆炸之前是什麼了。許多人用這個來質疑標準宇宙模型。事實上，我們可以考慮一下。我們只是目前不知道，這並不意味著它不存在。這就像一個不知道自己父母是誰的孤兒。這會影響他的真實存在嗎？

事實上，它不是。我們現在擁有的理論和證據就像是孤兒存在的證據，但是我們不知道孤兒為什麼會出現以及他的父母是誰。

回到文本，我們實際上還不知道一件事。這就是大爆炸後普朗克時間發生的事情。普朗克時間是5.4 * 44秒。這是因為我們目前的物理理論無法描述如此短時間間隔內的變化。換句話說，我們當前的物理理論認為這個時間尺度是時間變化的最小單位。

在普朗克時間之後，據我們所知，宇宙中相應的溫度是宇宙中最高的溫度。溫度是1.4億度，或1.4 * 10 32K。那時，宇宙中有高能光子。

隨後，宇宙劇烈膨脹，宇宙溫度隨著膨脹在空之間逐漸降低。在這個過程中，各種粒子逐漸形成，彼此湮滅，並來回循環。每10億對正負粒子湮滅，留下一個正粒子。這也是宇宙由積極物質組成的原因。

在大爆炸後的380，000年裡，宇宙就像一罐顆粒粥，其中各種顆粒被擠壓在一起。光子參與了電磁相互作用，因此也被限制在其中。在大爆炸後的380，000年，溫度下降了約3，000 K，這時原子結構形成，光子在宇宙中傳輸，成為宇宙的背景輻射，也稱為宇宙微波背景輻射。

現在我們仍然可以探測到這些光子，坦率地說，這是大爆炸的餘熱，溫度為2.72千。換句話說，宇宙的溫度已經從138億年前的1.4億度下降到僅比絕對零度高2.72度。

摘要

宇宙的最高溫度是1.4億度，相當於大爆炸後5.4 * 44秒的溫度，然後宇宙的溫度隨著膨脹在空之間逐漸降低，直到現在只有2.72度。宇宙中的最低溫度是未知的，但是我們知道它無限接近絕對零度，並且不能達到絕對零度。