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1.4億億億億度有多可怕?時間和空間全部崩潰

​在地球上,人類曾經記錄到的最高氣溫是56.7攝氏度。如果是地表,最高溫度則要更高。而深入地球內部,溫度會變得越來越高。到了兩千多公里深的地幔,溫度可以超過3000度。而到了最深處的地心,溫度更是高達5500度。

太陽的溫度則要更高,其表面溫度就與地心相當,中心的溫度可達1600萬度。對於太陽這樣的恆星,它們死亡之後,核心會暴露在外,並且坍縮成白矮星。白矮星更熱,其表面溫度可達10萬度,核心溫度可達1億度。

如果是質量更大的恆星,它們耗盡核心燃料之後,核心會坍縮成熾熱緻密的中子星。中子星的表面溫度估計可達60萬度,中心溫度超過10億度。當兩顆中子星發生碰撞時,將會釋放出巨大的能量,主要是電磁輻射和引力波,並產生高達3500億度的極高溫度。

人類製造的最高溫度雖然宇宙中的天體可以通過自發的過程變得很熱,但人類在實驗中製造出了更高的溫度。

在相對論性重離子對撞機(RHIC)中,金離子被加速到亞光速,它們之間發生猛烈碰撞,產生了4萬億(4×10^12)度的高溫。在這種溫度下,物質無法維持常規狀態,而是會被分解成夸克-膠子等離子體,即夸克湯。

對於常規溫度下的物質,它們都是由質子和中子構成。質子和中子又是由更小的夸克組成,這兩種粒子都是重子。由於色禁閉,夸克受到約束無法單獨存在,膠子負責夸克之間的力傳遞。

但在足夠高的溫度和密度下,質子和中子將會分解成夸克湯。夸克與膠子不受約束,成為一坨緻密的東西,其密度高達400億噸/立方厘米。

人類所製造出的最高溫度還要更高一個數量級。在大型強子對撞機(LHC)中,物理學家用高能質子猛烈撞擊重原子核,結果產生了溫度達到10萬億度的夸克湯。

那麼,最高的溫度是多少度?溫度可以無限升高嗎?從本質上來說,溫度反映的是微觀粒子熱運動的劇烈程度。如果粒子的能量越高,熱運動越劇烈,宏觀表現出的溫度也會越高。粒子的速度極限是光速,那麼,這是否意味着粒子達到光速時,溫度也會達到最高呢?

事實上,構成物質的微觀粒子都是有靜質量的,它們的速度達不到光速。但在無限接近光速的過程中,粒子的動能會趨於無窮大,那麼,這是否意味着溫度可以無限升高呢?

根據現有的理論,當物體的溫度變得足夠高時,它們輻射出的波長將會小於最短長度——普朗克長度(1.6×10^-35米),這樣就沒有物理意義了。此時對應的溫度被認為是最高的溫度,這就是普朗克溫度,其大小為1.4億億億億度。

普朗克溫度在普朗克溫度下,量子力學和廣義相對論全部失效,時間和空間都會崩潰掉,變得沒有意義,所有的粒子都不復存在,四大基本力都會統一成一個力。根據標準宇宙模型,我們的宇宙只有在最初誕生的一瞬間,也就是第一個普朗克時間(5.4×10^-44秒),才達到過這個極限溫度。

不過,也許還有超過普朗克溫度的更高溫度。當溫度超過普朗克溫度時,量子效應和引力效應都會變得十分顯著,我們現在還沒有一套能夠同時描述量子和引力的理論,所以對於更高的溫度無法描述。如果未來能夠出現統一量子力學和廣義相對論的量子引力理論,我們就有可能理解普朗克溫度之上的物理狀態。

責任編輯: 夏雨荷   來源:科技日報 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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