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為什麼溫度最低只有-273度 最高卻能達到1.4億億億億度?

物理學告訴我們,理論上最低的溫度是絕對零度,約為-273.15攝氏度,這是無法達到的低溫極限。另一方面,理論上最高的溫度非常高,那就是高達1.4億億億億度的普朗克溫度。那麼,為什麼理論最低溫和理論最高溫相差如此之大呢?這兩個溫度又是怎麼測出來的呢?

溫度的由來

從宏觀上來講,溫度用於表徵物體的冷熱程度。而物體之所以會有熱量,是因為組成物體的各種原子核原子粒子存在熱運動,所以溫度本質上反映的是微觀粒子的熱運動劇烈程度。

絕對零度的由來

當粒子的熱運動完全停止時,溫度就會降到最低點——絕對零度,不會有比這更低的溫度。不過,粒子的熱運動是永不停歇的,這意味着絕對零度只是一個理論極限,現實中無法達到。因為一旦粒子停止運動,其位置和速度就變成了一個確定的值,這與量子力學中的不確定性原理相矛盾。

既然絕對零度是一個理論數值,它的大小又是怎樣測出來的。

根據查理定律,對於任意一種理想氣體,只要體積保持恆定,其壓強和溫度之比為常數。如果測出多組的壓強和溫度參數,就能得到一條直線方程。再對該方程進行外推,即可算出絕對零度的大小,具體為-273.15攝氏度。

普朗克溫度的由來

根據狹義相對論,組成物體的粒子如果被加速到無限趨於光速,粒子的動能將會趨於無窮大,這就意味着物體的溫度會無限高。那麼,普朗克溫度作為溫度上限又是怎麼來的呢?

當溫度高到一定程度之後,引力會強大到與另外三種基本力統一在一起,任何物質都無法存在,就連夸克等基本粒子也無法存在,所以更高的溫度已經失去意義。這個溫度就是普朗克溫度,具體大小約為1.4億億億億度。

不像絕對零度那樣,普朗克溫度是可以達到的。不過,只有在宇宙誕生之後的最初一瞬間,即1普朗克時間(5.4×10^-44秒),宇宙才經歷過普朗克溫度。

不過,普朗克溫度只是當前理論體系下的溫度上限。因為一旦高於這個溫度,廣義相對論和量子力學全部失效,此時需要一個目前人類沒有的理論來進行描述,那就是量子引力理論。

阿波羅網責任編輯:王和 來源:宇宙接觸 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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