宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

10 個回答
钟铭聊科学
2019-09-02

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

可能你要問這到底憑啥呀?其實這背後有堅實的理論和實驗作為支持。

在經典物理學當中,溫度說白了就是熱,本質上是分子的熱運動的劇烈程度。也就是說,溫度越高,總體上分子的運動得越劇烈,我們可以用分子的平均動能量來衡量,也就是說,溫度越高,分子的平均動能越高。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

可能你要問這到底憑啥呀?其實這背後有堅實的理論和實驗作為支持。

在經典物理學當中,溫度說白了就是熱,本質上是分子的熱運動的劇烈程度。也就是說,溫度越高,總體上分子的運動得越劇烈,我們可以用分子的平均動能量來衡量,也就是說,溫度越高,分子的平均動能越高。

換句話說,對應的最低溫度就應該是分子的平均動能降到最低的時候,按照量子力學的不確定性原理,分子和原子雖然還不至於不動,但當溫度降低極致時,它們應該是在原地振動的,這時對應的溫度就是絕對零度。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

可能你要問這到底憑啥呀?其實這背後有堅實的理論和實驗作為支持。

在經典物理學當中,溫度說白了就是熱,本質上是分子的熱運動的劇烈程度。也就是說,溫度越高,總體上分子的運動得越劇烈,我們可以用分子的平均動能量來衡量,也就是說,溫度越高,分子的平均動能越高。

換句話說,對應的最低溫度就應該是分子的平均動能降到最低的時候,按照量子力學的不確定性原理,分子和原子雖然還不至於不動,但當溫度降低極致時,它們應該是在原地振動的,這時對應的溫度就是絕對零度。

不過,絕對零度不可能達到,它只存在理論當中。這是因為,我們對於物體進行降溫,最常見的辦法就是拿一個溫度更低的來勻一勻,如果要用最常見的方式來給一個物體降到絕對零度,這就意味著我們得拿一個比絕對零度的溫度還要低的東西來勻。

可問題是,絕對零度已經是理論上的最低溫度了,如何再去找比這個還要低的溫度的物質?因此,從最常見的方法來看,絕對零度是根本做不到的,這也是為什麼會有熱力學第三定律的原因。

很多人以為太空是絕對零度的,但並非如此,宇宙其實很空曠的,我們可以根據廣義相對論和宇宙學原理推導出宇宙的密度,這個水平大概是一立方米還不到一個氫原子的水平。所以,外太空實際上並不能很好地體現出溫度來,原因就是粒子數太少了。所以,太空並不是絕對零度,由於宇宙微波背景輻射的存在,我們甚至可以認為宇宙就是2.7K的。如果有宇航員在外太空遭遇了意外,比如宇航服破了,那宇宙並不是被凍死,而應該是由於氣壓太低,導致體液沸騰,肺泡破碎而死。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

可能你要問這到底憑啥呀?其實這背後有堅實的理論和實驗作為支持。

在經典物理學當中,溫度說白了就是熱,本質上是分子的熱運動的劇烈程度。也就是說,溫度越高,總體上分子的運動得越劇烈,我們可以用分子的平均動能量來衡量,也就是說,溫度越高,分子的平均動能越高。

換句話說,對應的最低溫度就應該是分子的平均動能降到最低的時候,按照量子力學的不確定性原理,分子和原子雖然還不至於不動,但當溫度降低極致時,它們應該是在原地振動的,這時對應的溫度就是絕對零度。

不過,絕對零度不可能達到,它只存在理論當中。這是因為,我們對於物體進行降溫,最常見的辦法就是拿一個溫度更低的來勻一勻,如果要用最常見的方式來給一個物體降到絕對零度,這就意味著我們得拿一個比絕對零度的溫度還要低的東西來勻。

可問題是,絕對零度已經是理論上的最低溫度了,如何再去找比這個還要低的溫度的物質?因此,從最常見的方法來看,絕對零度是根本做不到的,這也是為什麼會有熱力學第三定律的原因。

很多人以為太空是絕對零度的,但並非如此,宇宙其實很空曠的,我們可以根據廣義相對論和宇宙學原理推導出宇宙的密度,這個水平大概是一立方米還不到一個氫原子的水平。所以,外太空實際上並不能很好地體現出溫度來,原因就是粒子數太少了。所以,太空並不是絕對零度,由於宇宙微波背景輻射的存在,我們甚至可以認為宇宙就是2.7K的。如果有宇航員在外太空遭遇了意外,比如宇航服破了,那宇宙並不是被凍死,而應該是由於氣壓太低,導致體液沸騰,肺泡破碎而死。

當然,要打破熱力學第三定律也可以很粗暴,就是你真的弄出一個絕對零度的物質,那就打破了。這其實和打破相對論是一個道理,相對論的基礎假設光速不變原理,推導出信息、物質、能量不能超光速,所以我們只要直到這三者超光速的情況就行。不過,100多年來,還沒有人做到這一點。

同樣的,挑戰熱力學第三定律的科學家也有很多,他們試圖利用激光還把分子和原子的熱運動都減緩下來,但是目前在實驗室當中還沒有人能做到真的把溫度降到最低零度,只是都在無限接近而已。

宇宙並不存在最高溫度的說法

按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:

  • 密度無限大;
  • 空間曲率無限大;
  • 溫度無限高

也就是說,宇宙並不存在溫度的上限

隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。

我們也很容易發現,2.7K其實已經很接近絕對零度的,絕對零度在開氏溫標下是0K,換算一下我們常用的溫標,也就是-273.15℃。

最低溫度是咋來的?

既然沒有最高溫度,那為什麼會有最低溫度呢?

研究“熱運動”的是熱力學,而熱力學也有幾大定律,其中熱力學第三定律是這麼說的:

不可能通過有限過程,系統冷卻到絕對零度。

其實就是在說絕對零度不能達到的,所以宇宙中的最低溫度應該就是絕對零度。

可能你要問這到底憑啥呀?其實這背後有堅實的理論和實驗作為支持。

在經典物理學當中,溫度說白了就是熱,本質上是分子的熱運動的劇烈程度。也就是說,溫度越高,總體上分子的運動得越劇烈,我們可以用分子的平均動能量來衡量,也就是說,溫度越高,分子的平均動能越高。

換句話說,對應的最低溫度就應該是分子的平均動能降到最低的時候,按照量子力學的不確定性原理,分子和原子雖然還不至於不動,但當溫度降低極致時,它們應該是在原地振動的,這時對應的溫度就是絕對零度。

不過,絕對零度不可能達到,它只存在理論當中。這是因為,我們對於物體進行降溫,最常見的辦法就是拿一個溫度更低的來勻一勻,如果要用最常見的方式來給一個物體降到絕對零度,這就意味著我們得拿一個比絕對零度的溫度還要低的東西來勻。

可問題是,絕對零度已經是理論上的最低溫度了,如何再去找比這個還要低的溫度的物質?因此,從最常見的方法來看,絕對零度是根本做不到的,這也是為什麼會有熱力學第三定律的原因。

很多人以為太空是絕對零度的,但並非如此,宇宙其實很空曠的,我們可以根據廣義相對論和宇宙學原理推導出宇宙的密度,這個水平大概是一立方米還不到一個氫原子的水平。所以,外太空實際上並不能很好地體現出溫度來,原因就是粒子數太少了。所以,太空並不是絕對零度,由於宇宙微波背景輻射的存在,我們甚至可以認為宇宙就是2.7K的。如果有宇航員在外太空遭遇了意外,比如宇航服破了,那宇宙並不是被凍死,而應該是由於氣壓太低,導致體液沸騰,肺泡破碎而死。

當然,要打破熱力學第三定律也可以很粗暴,就是你真的弄出一個絕對零度的物質,那就打破了。這其實和打破相對論是一個道理,相對論的基礎假設光速不變原理,推導出信息、物質、能量不能超光速,所以我們只要直到這三者超光速的情況就行。不過,100多年來,還沒有人做到這一點。

同樣的,挑戰熱力學第三定律的科學家也有很多,他們試圖利用激光還把分子和原子的熱運動都減緩下來,但是目前在實驗室當中還沒有人能做到真的把溫度降到最低零度,只是都在無限接近而已。

军机处留级大学士
2019-08-28


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。



即使是宇宙中已知最冷的物體不像絕對零度那麼冷。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。



即使是宇宙中已知最冷的物體不像絕對零度那麼冷。



但是絕對熱呢?根據傳統物理學,這是物質能達到的最高溫度,據測量精確到1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000攝氏度。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。



即使是宇宙中已知最冷的物體不像絕對零度那麼冷。



但是絕對熱呢?根據傳統物理學,這是物質能達到的最高溫度,據測量精確到1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000攝氏度。

這當然很荒謬。我們所知道的唯一接近絕對高溫的是宇宙大爆炸時的溫度。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。



即使是宇宙中已知最冷的物體不像絕對零度那麼冷。



但是絕對熱呢?根據傳統物理學,這是物質能達到的最高溫度,據測量精確到1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000攝氏度。

這當然很荒謬。我們所知道的唯一接近絕對高溫的是宇宙大爆炸時的溫度。



人類在最高溫度的最大成就:5,500,000,000,000攝氏度,科學家通過在瑞士的大型強子對撞機中使鉛離子相互碰撞而得以實現。


大多數人都熟悉絕對零度,它是零下273.15攝氏度,根據我們所知的物理定律,這是有史以來可能達到的最低溫度。



這是因為當每一縷熱能都被吸走時,這是一個實體所能達到的最冷溫度。物理學家承認,他們永遠無法達到可想象的最冷溫度,也就是絕對零度,很久以前的溫度被計算為零下273.15攝氏度。對物理學家來說,溫度是原子運動速度的量度,是它們能量的反映——絕對零度是指絕對沒有熱能可以從物質中提取出來的點。



即使是宇宙中已知最冷的物體不像絕對零度那麼冷。



但是絕對熱呢?根據傳統物理學,這是物質能達到的最高溫度,據測量精確到1,420,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000攝氏度。

這當然很荒謬。我們所知道的唯一接近絕對高溫的是宇宙大爆炸時的溫度。



人類在最高溫度的最大成就:5,500,000,000,000攝氏度,科學家通過在瑞士的大型強子對撞機中使鉛離子相互碰撞而得以實現。

宇宙探索未解之迷
2019-09-05

溫度一直以來是我們感知環境的重要指標之一,在物理學中,溫度的上限能高達1.4億億億億度,甚至更高,而下限卻為-273.15℃,那麼為什麼在數量級上,溫度的上限與下限相差如此之大?

溫度一直以來是我們感知環境的重要指標之一,在物理學中,溫度的上限能高達1.4億億億億度,甚至更高,而下限卻為-273.15℃,那麼為什麼在數量級上,溫度的上限與下限相差如此之大?

這個問題的答案要從溫度的產生機制中尋找

從微觀層面上來說,任何物體都是由原子和分子組成,當物質內的分子運動速度越快,溫度會越高,分子的運動速度越慢,溫度會越低。

溫度一直以來是我們感知環境的重要指標之一,在物理學中,溫度的上限能高達1.4億億億億度,甚至更高,而下限卻為-273.15℃,那麼為什麼在數量級上,溫度的上限與下限相差如此之大?

這個問題的答案要從溫度的產生機制中尋找

從微觀層面上來說,任何物體都是由原子和分子組成,當物質內的分子運動速度越快,溫度會越高,分子的運動速度越慢,溫度會越低。

量子力學認為,構成宇宙萬物的各種微觀粒子都擁有不確定性,其位置和動量永遠處於變化之中永不停歇。微觀粒子不斷運動產生的熱量使得它們構成的宏觀物體也擁有了熱量,而“溫度”就是表達宏觀物體所用的單位。

在標準宇宙模型裡,138億年前宇宙大爆炸那一刻產生的1.4*10的32次方℃是宇宙最高溫度,物理學中被稱為“普朗克溫度”,在該溫度下一切熟知的基本粒子以及四大基本作用力都還處於統一狀態。

溫度一直以來是我們感知環境的重要指標之一,在物理學中,溫度的上限能高達1.4億億億億度,甚至更高,而下限卻為-273.15℃,那麼為什麼在數量級上,溫度的上限與下限相差如此之大?

這個問題的答案要從溫度的產生機制中尋找

從微觀層面上來說,任何物體都是由原子和分子組成,當物質內的分子運動速度越快,溫度會越高,分子的運動速度越慢,溫度會越低。

量子力學認為,構成宇宙萬物的各種微觀粒子都擁有不確定性,其位置和動量永遠處於變化之中永不停歇。微觀粒子不斷運動產生的熱量使得它們構成的宏觀物體也擁有了熱量,而“溫度”就是表達宏觀物體所用的單位。

在標準宇宙模型裡,138億年前宇宙大爆炸那一刻產生的1.4*10的32次方℃是宇宙最高溫度,物理學中被稱為“普朗克溫度”,在該溫度下一切熟知的基本粒子以及四大基本作用力都還處於統一狀態。

而相比普朗克溫度的“有跡可循”,溫度的下限-273.15℃卻是人類永遠無法觸及的“”,因為微觀世界的不確定性和空間中每時每刻都在發生量子漲落讓“絕對靜止”成為了不可能。根據熱力學第三定律,“絕對零度永遠無法達到,只能無限接近,任何空間必然存在能量與熱量,也就是真空不空。因此,絕對零度終究是一個遙不可及的夢。。

火星一号
2019-08-30

理論上,溫度並不存在上限,溫度能夠達到任意高的程度,可以遠超1.4億億億億度。但溫度存在一個理論下限,大約為-273.15攝氏度。那麼,為什麼溫度沒有上限?為什麼宇宙中出現過的最高溫度是1.4億億億億度?為什麼溫度又會有下限呢?

理論上,溫度並不存在上限,溫度能夠達到任意高的程度,可以遠超1.4億億億億度。但溫度存在一個理論下限,大約為-273.15攝氏度。那麼,為什麼溫度沒有上限?為什麼宇宙中出現過的最高溫度是1.4億億億億度?為什麼溫度又會有下限呢?

事實上,所有這些問題與溫度的產生機制有關係。無論什麼物體,從微觀角度來看,它們都由原子、分子或者離子組成。根據相對論和量子力學,構成物體的各種粒子不是絕對靜止的。因為相對論表明,宇宙中的參照系都是平權的,沒有絕對靜止的參照系。而且不確定性原理也禁止出現絕對靜止的情況,一旦粒子絕對靜止,它們的不確定性消失,其位置和動量會被完全確定下來。

因此,粒子必然會做永不靜止的熱運動。粒子熱運動會讓宏觀物體產生熱量,為了衡量這種冷熱程度,就需要溫度這個參數。粒子熱運動的劇烈程度越大,平均動能越大,宏觀物體的溫度就越高。

理論上,溫度並不存在上限,溫度能夠達到任意高的程度,可以遠超1.4億億億億度。但溫度存在一個理論下限,大約為-273.15攝氏度。那麼,為什麼溫度沒有上限?為什麼宇宙中出現過的最高溫度是1.4億億億億度?為什麼溫度又會有下限呢?

事實上,所有這些問題與溫度的產生機制有關係。無論什麼物體,從微觀角度來看,它們都由原子、分子或者離子組成。根據相對論和量子力學,構成物體的各種粒子不是絕對靜止的。因為相對論表明,宇宙中的參照系都是平權的,沒有絕對靜止的參照系。而且不確定性原理也禁止出現絕對靜止的情況,一旦粒子絕對靜止,它們的不確定性消失,其位置和動量會被完全確定下來。

因此,粒子必然會做永不靜止的熱運動。粒子熱運動會讓宏觀物體產生熱量,為了衡量這種冷熱程度,就需要溫度這個參數。粒子熱運動的劇烈程度越大,平均動能越大,宏觀物體的溫度就越高。

理論上,當粒子熱運動完全停歇時,溫度將會達到最低的絕對零度。根據實驗的測量,可以計算出最低溫度約為-273.15攝氏度。在熱力學中,最低溫度被定義為0開氏度。

另一方面,雖然狹義相對論禁止有質量粒子的運動速度達到光速,但這並不意味著它們的動能不會無限增加。根據狹義相對論,隨著粒子的運動速度無限趨於光速,它們的動能也會趨於無窮大,所以溫度也會隨之趨於無限高。

理論上,溫度並不存在上限,溫度能夠達到任意高的程度,可以遠超1.4億億億億度。但溫度存在一個理論下限,大約為-273.15攝氏度。那麼,為什麼溫度沒有上限?為什麼宇宙中出現過的最高溫度是1.4億億億億度?為什麼溫度又會有下限呢?

事實上,所有這些問題與溫度的產生機制有關係。無論什麼物體,從微觀角度來看,它們都由原子、分子或者離子組成。根據相對論和量子力學,構成物體的各種粒子不是絕對靜止的。因為相對論表明,宇宙中的參照系都是平權的,沒有絕對靜止的參照系。而且不確定性原理也禁止出現絕對靜止的情況,一旦粒子絕對靜止,它們的不確定性消失,其位置和動量會被完全確定下來。

因此,粒子必然會做永不靜止的熱運動。粒子熱運動會讓宏觀物體產生熱量,為了衡量這種冷熱程度,就需要溫度這個參數。粒子熱運動的劇烈程度越大,平均動能越大,宏觀物體的溫度就越高。

理論上,當粒子熱運動完全停歇時,溫度將會達到最低的絕對零度。根據實驗的測量,可以計算出最低溫度約為-273.15攝氏度。在熱力學中,最低溫度被定義為0開氏度。

另一方面,雖然狹義相對論禁止有質量粒子的運動速度達到光速,但這並不意味著它們的動能不會無限增加。根據狹義相對論,隨著粒子的運動速度無限趨於光速,它們的動能也會趨於無窮大,所以溫度也會隨之趨於無限高。

但在宇宙中,溫度從來沒有達到過無限高。根據標準宇宙模型,宇宙的最高溫度出現在138億年前宇宙創生的最初時刻,這個溫度是普朗克溫度,其大小約為1.4×10^32度,即1.4億億億億度。

在普朗克溫度下,宇宙中已知的一切物質、原子和基本粒子都無法存在,已知的四種基本力將會統一在一起。在現有的理論中,人類所能理解和描述的最高溫度是普朗克溫度。如果想要知道比普朗克溫度更高的溫度是怎樣的,需要量子引力理論。但迄今為止,廣義相對論還未能完成量子化,它尚未與量子力學相統一。

集知识
2019-09-05

經過100多年的愛因斯坦本人的辯論,物理學家終於提供了熱力學第三定律的數學證明,該定律表明絕對零度的溫度無法實現,因為熵(或無序)是不可能的。

經過100多年的愛因斯坦本人的辯論,物理學家終於提供了熱力學第三定律的數學證明,該定律表明絕對零度的溫度無法實現,因為熵(或無序)是不可能的。

宇宙間的最高溫度,美國厄普頓布魯克海文國家實驗室的“原子粉碎機”實驗,創造了有史以來最高溫度的新記錄:4萬億攝氏度。這比太陽的中心(僅僅1500萬度)要熱得多,而且比垂死的恆星爆炸所釋放的超新星更加灼熱40倍左右。

根據現代理論,在第一個行星,星系甚至是原子之前,空間裡充滿了一種叫做夸克和膠子的微小粒子的熱湯。現在,這些理論首次得到了明確的證實。 科學家爆炸的極端溫度證明他們已經成功地煮出了這種原始湯的微小滴 - 這種物質被稱為“夸克 - 膠子等離子體”,這種物質已經存在了將近140億年。

經過100多年的愛因斯坦本人的辯論,物理學家終於提供了熱力學第三定律的數學證明,該定律表明絕對零度的溫度無法實現,因為熵(或無序)是不可能的。

宇宙間的最高溫度,美國厄普頓布魯克海文國家實驗室的“原子粉碎機”實驗,創造了有史以來最高溫度的新記錄:4萬億攝氏度。這比太陽的中心(僅僅1500萬度)要熱得多,而且比垂死的恆星爆炸所釋放的超新星更加灼熱40倍左右。

根據現代理論,在第一個行星,星系甚至是原子之前,空間裡充滿了一種叫做夸克和膠子的微小粒子的熱湯。現在,這些理論首次得到了明確的證實。 科學家爆炸的極端溫度證明他們已經成功地煮出了這種原始湯的微小滴 - 這種物質被稱為“夸克 - 膠子等離子體”,這種物質已經存在了將近140億年。

可能的最低溫度,或稱為絕對零度,是-459.67華氏度,或-273.15攝氏度。它也被稱為0度開爾文,一個溫度刻度,增量相當於攝氏度,但使用絕對零而不是水的冰點作為起點。最低可能溫度定義為所有原子運動停止的點。為了達到儘可能低的溫度或真正的絕對零度,不僅原子運動必須停止,而且所有原子的內部組件也需要停止。電子需要停止繞其各自的原子核軌道運動,原子核中的中子和質子將需要停止相互作用,其內力,夸克和任何潛在的子結構必須停止所有活動。由於量子力學效應,這是不可能的。就像系統的效率,粒子的速度,或最大可能的溫度,絕對零度實際上是理論量,只能接近,但從未實現。使用激光冷卻和磁蒸發冷卻技術已經實現了接近絕對零度的溫度。在激光冷卻中,快速移動的原子與光子相撞,直到它們減慢到開爾文的1 / 10,000度。

經過100多年的愛因斯坦本人的辯論,物理學家終於提供了熱力學第三定律的數學證明,該定律表明絕對零度的溫度無法實現,因為熵(或無序)是不可能的。

宇宙間的最高溫度,美國厄普頓布魯克海文國家實驗室的“原子粉碎機”實驗,創造了有史以來最高溫度的新記錄:4萬億攝氏度。這比太陽的中心(僅僅1500萬度)要熱得多,而且比垂死的恆星爆炸所釋放的超新星更加灼熱40倍左右。

根據現代理論,在第一個行星,星系甚至是原子之前,空間裡充滿了一種叫做夸克和膠子的微小粒子的熱湯。現在,這些理論首次得到了明確的證實。 科學家爆炸的極端溫度證明他們已經成功地煮出了這種原始湯的微小滴 - 這種物質被稱為“夸克 - 膠子等離子體”,這種物質已經存在了將近140億年。

可能的最低溫度,或稱為絕對零度,是-459.67華氏度,或-273.15攝氏度。它也被稱為0度開爾文,一個溫度刻度,增量相當於攝氏度,但使用絕對零而不是水的冰點作為起點。最低可能溫度定義為所有原子運動停止的點。為了達到儘可能低的溫度或真正的絕對零度,不僅原子運動必須停止,而且所有原子的內部組件也需要停止。電子需要停止繞其各自的原子核軌道運動,原子核中的中子和質子將需要停止相互作用,其內力,夸克和任何潛在的子結構必須停止所有活動。由於量子力學效應,這是不可能的。就像系統的效率,粒子的速度,或最大可能的溫度,絕對零度實際上是理論量,只能接近,但從未實現。使用激光冷卻和磁蒸發冷卻技術已經實現了接近絕對零度的溫度。在激光冷卻中,快速移動的原子與光子相撞,直到它們減慢到開爾文的1 / 10,000度。

因此,我們可以說宇宙的最低溫度是無限接近-273度,卻永遠無法達到這一溫度!

易境2
2019-09-05

宇宙不存在最高溫度,但是它的最低溫度卻是-273度。

為什麼它的最低溫度是-273度卻能夠存在呢?這很難令人費解!情同此理,人同此心 ,本人也有同感!

不過經過自己的反覆玩味,本人從象數思維方式的角度覓得了解釋這個問題的答案,現在提供給大家,希望博得大家的會心一笑!

-273度之所以能夠存在,因為它是物質有無,或陰陽存在的分界線溫度。物質在-273度以上運動,我們還能夠觀察到它的蹤影,但是在-273度以下,運動的任何物質我們都觀察不到了。也就是說在-273度以上為有,為陽的世界,-273度以下為無,為陰的世界。那麼這樣一來-273度就自然形成為陰陽分界線的溫度了。

既然如此,現在我們來仔細看看-273這個數字。其左邊的2數在民族傳統文化中為陰的符號象數,其右邊的3數是陽的符號象數。中間的7數側身一下就是一個尖形的山⛰形象,蘊意自然就是一個分界線了。現在我們再來看-273數,陰的符號象數2在山⛰的左邊,陽的符號象數3在⛰的右邊,那麼這樣一來-273數就自然形成為陰陽界的符號象數了吧!?

以上鄙人以形象思維與邏輯思維相結合的象數思維方式,把-273數的形象詮釋至此,其中妙趣橫生,道理就不需要我再多說了,由讀者自己去品味吧😄!

科学黑洞
2019-08-31

宇宙中理論最高溫度是普朗克溫度,指得是宇宙大爆炸開始後的第一個普朗克時間內宇宙的溫度,在這個時間段內宇宙的尺寸幾乎為零,聚集著宇宙中的總質能,壓力和熱量幾乎都是無限大的,因此這一時間段溫度最高可以達到1.42×10^32K(開爾文),也就是1.4億億億億開爾文

宇宙中理論最高溫度是普朗克溫度,指得是宇宙大爆炸開始後的第一個普朗克時間內宇宙的溫度,在這個時間段內宇宙的尺寸幾乎為零,聚集著宇宙中的總質能,壓力和熱量幾乎都是無限大的,因此這一時間段溫度最高可以達到1.42×10^32K(開爾文),也就是1.4億億億億開爾文


而宇宙中的最低溫度指得是絕對零度,實際上是熱力學上的最低溫度為-273.15℃。從熱力學的角度來考慮,一個物體外在體現出溫度,那麼微觀角度上來看與原子、分子的平均動能有關,根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈平均動能越高,物質溫度就越高。

如果物質微觀原子、分子的平均動能有一個最低限制,表現出的溫度就是絕對零度。理論上來講當微觀粒子徹底靜止的時候溫度最低,但是根據量子力學這種情況並不存在。這是理論上的最低溫度,現實生活中發現的最低溫度是回力棒星雲,在半人馬座方向距離地球5000光年。溫度為-272.15°C,只比絕對零度高個一攝氏度左右。

宇宙中理論最高溫度是普朗克溫度,指得是宇宙大爆炸開始後的第一個普朗克時間內宇宙的溫度,在這個時間段內宇宙的尺寸幾乎為零,聚集著宇宙中的總質能,壓力和熱量幾乎都是無限大的,因此這一時間段溫度最高可以達到1.42×10^32K(開爾文),也就是1.4億億億億開爾文


而宇宙中的最低溫度指得是絕對零度,實際上是熱力學上的最低溫度為-273.15℃。從熱力學的角度來考慮,一個物體外在體現出溫度,那麼微觀角度上來看與原子、分子的平均動能有關,根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈平均動能越高,物質溫度就越高。

如果物質微觀原子、分子的平均動能有一個最低限制,表現出的溫度就是絕對零度。理論上來講當微觀粒子徹底靜止的時候溫度最低,但是根據量子力學這種情況並不存在。這是理論上的最低溫度,現實生活中發現的最低溫度是回力棒星雲,在半人馬座方向距離地球5000光年。溫度為-272.15°C,只比絕對零度高個一攝氏度左右。

宇宙中既有最高溫度,也有最低溫度,這些都有理論上的支持,目前的實際觀測發現也是如此,尤其是最低溫度打破不了絕對零度。而最高溫度是否為1.4億億億億度,目前就無法確定了,但只能說目前沒有發現而已。地球內部的溫度可以達到6000開,一般恆星內部溫度可以達到十幾萬開,而超大質量恆星內部溫度可以達到數十億開,但是這些高溫與普朗克溫度還是差的很遠。

宇宙中理論最高溫度是普朗克溫度,指得是宇宙大爆炸開始後的第一個普朗克時間內宇宙的溫度,在這個時間段內宇宙的尺寸幾乎為零,聚集著宇宙中的總質能,壓力和熱量幾乎都是無限大的,因此這一時間段溫度最高可以達到1.42×10^32K(開爾文),也就是1.4億億億億開爾文


而宇宙中的最低溫度指得是絕對零度,實際上是熱力學上的最低溫度為-273.15℃。從熱力學的角度來考慮,一個物體外在體現出溫度,那麼微觀角度上來看與原子、分子的平均動能有關,根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈平均動能越高,物質溫度就越高。

如果物質微觀原子、分子的平均動能有一個最低限制,表現出的溫度就是絕對零度。理論上來講當微觀粒子徹底靜止的時候溫度最低,但是根據量子力學這種情況並不存在。這是理論上的最低溫度,現實生活中發現的最低溫度是回力棒星雲,在半人馬座方向距離地球5000光年。溫度為-272.15°C,只比絕對零度高個一攝氏度左右。

宇宙中既有最高溫度,也有最低溫度,這些都有理論上的支持,目前的實際觀測發現也是如此,尤其是最低溫度打破不了絕對零度。而最高溫度是否為1.4億億億億度,目前就無法確定了,但只能說目前沒有發現而已。地球內部的溫度可以達到6000開,一般恆星內部溫度可以達到十幾萬開,而超大質量恆星內部溫度可以達到數十億開,但是這些高溫與普朗克溫度還是差的很遠。
再有的是最低溫度和最高溫度差別很大,主要是與人類設置的“零度”有關,才會體現出最低溫度是零下幾百攝氏度,而最高溫度是零上1.4億億億億攝氏度。

星辰大海路上的种花家
2019-09-03

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

根據現代宇宙大爆炸理論,在宇宙誕生的第一個普朗克時間內(時間的最小單位,5× 10^-44秒),所達到的溫度,從暴漲開始後宇宙空間無限擴張,溫度會一直下降......

二、那麼溫度為什麼會有一個下限呢?下限溫度又是多少?

我們瞭解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致,理論上來看它不運動不就是最低溫度了麼?當然這樣理解無比正確,我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式,您可以準確無誤的計算出T將等於0K,開氏溫標換算成攝氏溫標,這個0K為-273.15℃,我們稱它為絕對零度。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

根據現代宇宙大爆炸理論,在宇宙誕生的第一個普朗克時間內(時間的最小單位,5× 10^-44秒),所達到的溫度,從暴漲開始後宇宙空間無限擴張,溫度會一直下降......

二、那麼溫度為什麼會有一個下限呢?下限溫度又是多少?

我們瞭解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致,理論上來看它不運動不就是最低溫度了麼?當然這樣理解無比正確,我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式,您可以準確無誤的計算出T將等於0K,開氏溫標換算成攝氏溫標,這個0K為-273.15℃,我們稱它為絕對零度。

上圖是微觀粒子運動與溫度之間的關係曲線,當速度無限趨向於0,那麼這個溫度將會無限趨向於-273.15℃,但很可惜這只是一個理論計算值,因為我們不可能達到這個溫度。

為什麼我們無法到達絕對零度?

很簡單因為基本粒子的運動不會靜止,根據海森堡不確定性原理,基本粒子的動量和位置是不可能同時確定的,而且兩者之積必須大於等於普朗克常數的1/2,從這一點來看,基本粒子都會有一個最小的動量,所以要達到絕對零度是不可能的。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

根據現代宇宙大爆炸理論,在宇宙誕生的第一個普朗克時間內(時間的最小單位,5× 10^-44秒),所達到的溫度,從暴漲開始後宇宙空間無限擴張,溫度會一直下降......

二、那麼溫度為什麼會有一個下限呢?下限溫度又是多少?

我們瞭解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致,理論上來看它不運動不就是最低溫度了麼?當然這樣理解無比正確,我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式,您可以準確無誤的計算出T將等於0K,開氏溫標換算成攝氏溫標,這個0K為-273.15℃,我們稱它為絕對零度。

上圖是微觀粒子運動與溫度之間的關係曲線,當速度無限趨向於0,那麼這個溫度將會無限趨向於-273.15℃,但很可惜這只是一個理論計算值,因為我們不可能達到這個溫度。

為什麼我們無法到達絕對零度?

很簡單因為基本粒子的運動不會靜止,根據海森堡不確定性原理,基本粒子的動量和位置是不可能同時確定的,而且兩者之積必須大於等於普朗克常數的1/2,從這一點來看,基本粒子都會有一個最小的動量,所以要達到絕對零度是不可能的。

請樂樂老師原諒,用了您的素材

從上文來看,規定宇宙中最高和最低溫度的不是佛祖,也不是上帝,而是基本粒子的運動。

那麼我們迄今為止能達到的極限最低溫度是多少呢?

2018年5月21日,NASA將搭載了冷原子雲實驗(CAL)的天鵝座飛船送入了太空,準備國際空間站展開到2020年結束的冷原子雲實驗,目標是製造有史以來最低的溫度,使用的原理就是使用激光多普勒製冷方式,使原子“停止運動”,當然原子不可能停止運動,但運動速度大幅減小,以達到變相冷凍原子的目的。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

根據現代宇宙大爆炸理論,在宇宙誕生的第一個普朗克時間內(時間的最小單位,5× 10^-44秒),所達到的溫度,從暴漲開始後宇宙空間無限擴張,溫度會一直下降......

二、那麼溫度為什麼會有一個下限呢?下限溫度又是多少?

我們瞭解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致,理論上來看它不運動不就是最低溫度了麼?當然這樣理解無比正確,我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式,您可以準確無誤的計算出T將等於0K,開氏溫標換算成攝氏溫標,這個0K為-273.15℃,我們稱它為絕對零度。

上圖是微觀粒子運動與溫度之間的關係曲線,當速度無限趨向於0,那麼這個溫度將會無限趨向於-273.15℃,但很可惜這只是一個理論計算值,因為我們不可能達到這個溫度。

為什麼我們無法到達絕對零度?

很簡單因為基本粒子的運動不會靜止,根據海森堡不確定性原理,基本粒子的動量和位置是不可能同時確定的,而且兩者之積必須大於等於普朗克常數的1/2,從這一點來看,基本粒子都會有一個最小的動量,所以要達到絕對零度是不可能的。

請樂樂老師原諒,用了您的素材

從上文來看,規定宇宙中最高和最低溫度的不是佛祖,也不是上帝,而是基本粒子的運動。

那麼我們迄今為止能達到的極限最低溫度是多少呢?

2018年5月21日,NASA將搭載了冷原子雲實驗(CAL)的天鵝座飛船送入了太空,準備國際空間站展開到2020年結束的冷原子雲實驗,目標是製造有史以來最低的溫度,使用的原理就是使用激光多普勒製冷方式,使原子“停止運動”,當然原子不可能停止運動,但運動速度大幅減小,以達到變相冷凍原子的目的。

冷原子雲實驗達到了宇宙中最低的溫度:-273.1499999999 ℃,但距離絕對零度仍然有一步之遙!

如此極低溫能幹嘛?

物質第五態:玻色-愛因斯坦凝聚態將在如此低溫下誕生,這是聚集在一起形態猶如一個“宏原子”奇特狀態,與費米子凝聚態剛好相反(費米子凝聚態也聚集在一起,但每一個佔據的能態都不一樣)。因為玻色-愛因斯坦凝聚態能實現在兩團冷原子雲之間的糾纏,這可能是未來大規模量子計算機的基礎。

宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫卻只有-273度?

溫度是什麼概念?在日常生活中它就是一個冷熱的概念,在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度,從量子場論的角度來理解,溫度和真空漲落有關,決定了虛粒子對產生的機率......扯的太遠了,我們還是來討論熱力學中的概念吧,要不然今天扯不完!

溫度是系統平均動能的體現,我們以此為基礎,可以將話題展開討論了!

分子的熱運動

一、溫度為什麼會有一個上限?普朗克溫度是怎麼來的?

宏觀溫度的表現就微觀粒子運動的劇烈程度,本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能,根據物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關係,N個微觀粒子的總動能如下:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

將其轉換為開氏溫標

T=mv^2/k

其中m為質量,v為運動速度,k為玻爾茲曼常數

物體宏觀溫度等於微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關係之後,就可以計算物質的極限溫度了!但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數:

1、微觀粒子的質量上限是多少?

這裡我們必須引入一個普朗克質量的概念,這個意思是當粒子的康普頓波長等於其史瓦希半徑時的粒子質量,也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限,簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量!

當然目前發現的基本粒子質量都遠小於普朗克質量,所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。

2、微觀粒子運動速度上限是多少?

這還要問嗎?任何有靜止質量的物質都不可能達到光速,所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。

這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時,所表現出來的宏觀溫度,如上圖公式所示,將普朗克質量代入上述公式即可計算,各位有興趣的話不妨試試。

根據現代宇宙大爆炸理論,在宇宙誕生的第一個普朗克時間內(時間的最小單位,5× 10^-44秒),所達到的溫度,從暴漲開始後宇宙空間無限擴張,溫度會一直下降......

二、那麼溫度為什麼會有一個下限呢?下限溫度又是多少?

我們瞭解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致,理論上來看它不運動不就是最低溫度了麼?當然這樣理解無比正確,我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式,您可以準確無誤的計算出T將等於0K,開氏溫標換算成攝氏溫標,這個0K為-273.15℃,我們稱它為絕對零度。

上圖是微觀粒子運動與溫度之間的關係曲線,當速度無限趨向於0,那麼這個溫度將會無限趨向於-273.15℃,但很可惜這只是一個理論計算值,因為我們不可能達到這個溫度。

為什麼我們無法到達絕對零度?

很簡單因為基本粒子的運動不會靜止,根據海森堡不確定性原理,基本粒子的動量和位置是不可能同時確定的,而且兩者之積必須大於等於普朗克常數的1/2,從這一點來看,基本粒子都會有一個最小的動量,所以要達到絕對零度是不可能的。

請樂樂老師原諒,用了您的素材

從上文來看,規定宇宙中最高和最低溫度的不是佛祖,也不是上帝,而是基本粒子的運動。

那麼我們迄今為止能達到的極限最低溫度是多少呢?

2018年5月21日,NASA將搭載了冷原子雲實驗(CAL)的天鵝座飛船送入了太空,準備國際空間站展開到2020年結束的冷原子雲實驗,目標是製造有史以來最低的溫度,使用的原理就是使用激光多普勒製冷方式,使原子“停止運動”,當然原子不可能停止運動,但運動速度大幅減小,以達到變相冷凍原子的目的。

冷原子雲實驗達到了宇宙中最低的溫度:-273.1499999999 ℃,但距離絕對零度仍然有一步之遙!

如此極低溫能幹嘛?

物質第五態:玻色-愛因斯坦凝聚態將在如此低溫下誕生,這是聚集在一起形態猶如一個“宏原子”奇特狀態,與費米子凝聚態剛好相反(費米子凝聚態也聚集在一起,但每一個佔據的能態都不一樣)。因為玻色-愛因斯坦凝聚態能實現在兩團冷原子雲之間的糾纏,這可能是未來大規模量子計算機的基礎。

國際空間站的冷原子雲實驗將延續到2020年,未來會有什麼樣的科學發現,我們拭目以待。

宇宙探索
2019-09-01

不要太糾結於溫度的高低,而應該糾結於“溫度為何會有上限和下限?”因為溫度本身就是人為定義的,冰和水的混合物的問題就是0攝氏度(標準大氣壓),水沸騰的問題就是100度,這是人為定義的!如果當初定義冰水混合物的溫度不是0攝氏度而是一億億億億度,也未嘗不可,那麼最高溫度就不會如此高了(數值不會很高),而最低溫度的數值會看起來很高!

只不過如此定義下對於我們的生活將帶來很多麻煩,畢竟我們日常生活中體驗的溫度基本都在0度上下,沒有必要自己給自己增添麻煩,科學和生活都需要簡單!

所以問題重點不是溫度好低,而是溫度為何有限制,為何有上限和下限?

這個下限就是絕對零度,我們都瞭解這點!為何會有下限呢?不能比絕對零度-273度更低嗎?

理論和實際上都是行不通的,因為溫度的本質其實就是微觀粒子的運動快慢,純思想實驗下,如果微觀粒子停止運動了,就能達到絕對零度,但問題就在於微觀粒子不可能停止運動,因為不確定性原理決定也這一切,微觀粒子的位置永遠是不確定的!

而溫度不到有下限,也有一個上限,上限就是普朗克問題,那是宇宙大爆炸發生一個普朗克時間之後的宇宙問題,大約為1.4×10^32度,非常高的溫度,是最高溫度的理論上限值!

弄潮科学
2019-09-02

我看很多人認為宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.4億億億億℃,然而宇宙大爆炸前的奇點溫度比普朗克溫度高了n倍,它的溫度可以有無限高,不過奇點內的世界不是人類的認知範圍之內了。

我看很多人認為宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.4億億億億℃,然而宇宙大爆炸前的奇點溫度比普朗克溫度高了n倍,它的溫度可以有無限高,不過奇點內的世界不是人類的認知範圍之內了。

理論上說,宇宙的最高溫度是宇宙大爆炸初期的普朗克時間5.4×10⁻⁴⁴秒時的溫度,約有1.4×10³²℃,就是1.4億億億億℃,這樣的溫度我是不敢想象。此時的奇點剛剛爆炸,聚集了所有的能量、熱量及勢能,粒子運動達到光速的上限,物體輻射出的電磁波達到普朗克長度,所以此時的溫度達到上限了。

我看很多人認為宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.4億億億億℃,然而宇宙大爆炸前的奇點溫度比普朗克溫度高了n倍,它的溫度可以有無限高,不過奇點內的世界不是人類的認知範圍之內了。

理論上說,宇宙的最高溫度是宇宙大爆炸初期的普朗克時間5.4×10⁻⁴⁴秒時的溫度,約有1.4×10³²℃,就是1.4億億億億℃,這樣的溫度我是不敢想象。此時的奇點剛剛爆炸,聚集了所有的能量、熱量及勢能,粒子運動達到光速的上限,物體輻射出的電磁波達到普朗克長度,所以此時的溫度達到上限了。

奇點的無限溫度

不過依個人看法,奇點是個神奇的存在。這是奇點大爆炸後的粒子運動達到了最高速,而奇點大爆炸前是人類無法探知到的。奇點內甚至連粒子、空間與時間都化為了虛無,其中空無一物,在人類看來體積是0,卻有著比普朗克溫度更高的熱量,有無限密度、能量、時空曲率…溫度自然也是無限高,高到人類無法計算,所以奇點溫度比普朗克溫度還高得多。

我看很多人認為宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.4億億億億℃,然而宇宙大爆炸前的奇點溫度比普朗克溫度高了n倍,它的溫度可以有無限高,不過奇點內的世界不是人類的認知範圍之內了。

理論上說,宇宙的最高溫度是宇宙大爆炸初期的普朗克時間5.4×10⁻⁴⁴秒時的溫度,約有1.4×10³²℃,就是1.4億億億億℃,這樣的溫度我是不敢想象。此時的奇點剛剛爆炸,聚集了所有的能量、熱量及勢能,粒子運動達到光速的上限,物體輻射出的電磁波達到普朗克長度,所以此時的溫度達到上限了。

奇點的無限溫度

不過依個人看法,奇點是個神奇的存在。這是奇點大爆炸後的粒子運動達到了最高速,而奇點大爆炸前是人類無法探知到的。奇點內甚至連粒子、空間與時間都化為了虛無,其中空無一物,在人類看來體積是0,卻有著比普朗克溫度更高的熱量,有無限密度、能量、時空曲率…溫度自然也是無限高,高到人類無法計算,所以奇點溫度比普朗克溫度還高得多。

目前人類探測到的是雙中子星合併時的溫度,高達3500億℃。

宇宙最低溫——絕對零度

由於熱力學中的粒子運動能降到了量子力學中的最低值,也就是粒子處於靜止狀態,此時物質的溫度會降至最低,為0K,也就是-373.15℃。

我們學過物理後就知道物質的溫度,取決於內部的原子、分子等粒子的動能。由麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,粒子運動越快,溫度越高。在理論上,如果粒子運動停止,變為靜止,溫度會低得不能再低,為絕對零度。不過根據熱力學第二定律,任何空間都存在熱量、能量,因此絕對零度只能無限接近,永遠不能達到。

找了好久終於找到這張粒子運動圖:

我看很多人認為宇宙最高溫度是普朗克溫度,為1.4億億億億℃,然而宇宙大爆炸前的奇點溫度比普朗克溫度高了n倍,它的溫度可以有無限高,不過奇點內的世界不是人類的認知範圍之內了。

理論上說,宇宙的最高溫度是宇宙大爆炸初期的普朗克時間5.4×10⁻⁴⁴秒時的溫度,約有1.4×10³²℃,就是1.4億億億億℃,這樣的溫度我是不敢想象。此時的奇點剛剛爆炸,聚集了所有的能量、熱量及勢能,粒子運動達到光速的上限,物體輻射出的電磁波達到普朗克長度,所以此時的溫度達到上限了。

奇點的無限溫度

不過依個人看法,奇點是個神奇的存在。這是奇點大爆炸後的粒子運動達到了最高速,而奇點大爆炸前是人類無法探知到的。奇點內甚至連粒子、空間與時間都化為了虛無,其中空無一物,在人類看來體積是0,卻有著比普朗克溫度更高的熱量,有無限密度、能量、時空曲率…溫度自然也是無限高,高到人類無法計算,所以奇點溫度比普朗克溫度還高得多。

目前人類探測到的是雙中子星合併時的溫度,高達3500億℃。

宇宙最低溫——絕對零度

由於熱力學中的粒子運動能降到了量子力學中的最低值,也就是粒子處於靜止狀態,此時物質的溫度會降至最低,為0K,也就是-373.15℃。

我們學過物理後就知道物質的溫度,取決於內部的原子、分子等粒子的動能。由麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,粒子運動越快,溫度越高。在理論上,如果粒子運動停止,變為靜止,溫度會低得不能再低,為絕對零度。不過根據熱力學第二定律,任何空間都存在熱量、能量,因此絕對零度只能無限接近,永遠不能達到。

找了好久終於找到這張粒子運動圖:



目前探測到的宇宙最低溫度是半人馬座上的布莫讓星雲,溫度只有1K,為-272.15℃。

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