溫度，是我們認(rèn)為規(guī)定，用來測(cè)量物體內(nèi)分子和原子平均動(dòng)能的物理量，一般來說，溫度和其動(dòng)能成正比。

溫度變化

在地球上，自然環(huán)境中最冷的地方是南極洲，曾經(jīng)測(cè)得最低溫為零下94.2℃，而最熱的地方是位于伊斯蘭共和國(guó)境內(nèi)的盧特沙漠，最高溫度可以達(dá)到71℃。

但是這點(diǎn)溫度，對(duì)于整個(gè)宇宙空間來說根本不算什么。

接下來我們就來了解一下，宇宙最高溫1.4億億億億℃和最低溫-273.15℃有多恐怖？如果達(dá)到這個(gè)溫度，物理定律將全部崩潰，時(shí)空也失去意義。

南極洲

定義溫度

宇宙中所有的物質(zhì)都是由各種粒子構(gòu)成，正如前面所說，溫度越高的物體，內(nèi)部的分子和原子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)就會(huì)越強(qiáng)烈，反之亦然。

因此科學(xué)家們根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論，得到宇宙最高溫度和最低溫度。

當(dāng)粒子停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)候運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就不再產(chǎn)生熱運(yùn)動(dòng)，此時(shí)也就達(dá)到了絕對(duì)零度，我們可以用0開爾文表達(dá)，也就是零下273.15℃。

物質(zhì)由粒子構(gòu)成

而當(dāng)粒子在運(yùn)動(dòng)過程中的，在一定壓力下，運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，能量就會(huì)趨于無限大，達(dá)到溫度極限，也就是絕對(duì)的最高溫度。

此時(shí)的溫度可以達(dá)到1.4×10^32開爾文（普朗克溫度），也就是1.4億億億億℃，這個(gè)溫度僅在138億年前，宇宙大爆炸時(shí)，在10^-43秒達(dá)到的溫度。

宇宙最高溫度

在宏觀世界中，當(dāng)物體的內(nèi)能增加，分子和原子就會(huì)掙脫化學(xué)鍵，自由度就會(huì)相對(duì)變高，而此時(shí)物體就會(huì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，最終變成氣態(tài)。

水在不同溫度下的三種狀態(tài)

在地球上，我們對(duì)溫度的感知還比較強(qiáng)烈，比如當(dāng)溫度為0℃時(shí)，冰可以逐漸開始融化。

當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水會(huì)沸騰。

當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，鐵會(huì)發(fā)出暗紅色的光芒，1000℃時(shí)，會(huì)發(fā)出白色的光芒，達(dá)到1538℃時(shí)，它就會(huì)開始融化。

在這之后，鐵和其它熔點(diǎn)更好的物質(zhì)，還可以持續(xù)升溫，即便最后變成氣態(tài)也是如此，此時(shí)分子和原子的運(yùn)動(dòng)會(huì)變得更加猛烈。

燒紅的鐵

溫度開始劇烈增長(zhǎng)后

當(dāng)溫度升高至大約5000多℃時(shí)，就可以達(dá)到太陽(yáng)表面的溫度，此時(shí)分子會(huì)被電離成單個(gè)的原子。

電子因?yàn)楂@得了個(gè)更高的動(dòng)能，所以逐漸脫離原子核，變成帶正電的原子核和帶負(fù)電的自由電子，這就是我們所說的等離子體。

當(dāng)溫度升高至大約200億℃時(shí)，原子核開始被電離，此時(shí)其中的質(zhì)子和中子會(huì)掙脫束縛，變成單個(gè)自由的粒子。

等離子體

當(dāng)溫度升高至大約2萬億℃時(shí)，質(zhì)子和中子已經(jīng)失去穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它們會(huì)被分解成更基礎(chǔ)的夸克和膠子。

此時(shí)二者就會(huì)形成一個(gè)致密的等離子體，也就是我們所說的夸克湯，其密度可以達(dá)到400億噸/立方厘米。

在地球上，我們可以通過相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)，將粒子加速到亞光速，就可以獲得這樣的狀態(tài)。

甚至在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，通過用高能質(zhì)子猛烈撞擊重原子核，還可以獲得溫度達(dá)到10萬億℃的夸克湯。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

等到溫度達(dá)到大約2000億℃時(shí)，這些帶質(zhì)量的粒子，就會(huì)像光子一樣，不受質(zhì)量的約束，開始以光速運(yùn)行，不過此時(shí)的溫度還沒有達(dá)到宇宙最高溫度。

因?yàn)閾?jù)科學(xué)家推算，在宇宙誕生的那天，其膨脹的速度一度超越光速。

當(dāng)宇宙溫度達(dá)到1.4億億億億℃時(shí)，宇宙暴漲階段剛好結(jié)束，此時(shí)真空能量已經(jīng)衰變到物質(zhì)中，并產(chǎn)生了所有的物質(zhì)粒子。

這個(gè)過程被科學(xué)家們稱為再加熱，所以最終才能達(dá)到普朗克溫度。

宇宙大爆炸

宇宙最低溫度

接下來，再來看一下絕對(duì)零度。

如前面所說，粒子不再運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能減少為零時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度就會(huì)達(dá)到零下273.15℃。

雖然宇宙曾經(jīng)達(dá)到過極限的最高溫度，但是絕對(duì)零度卻沒有辦法達(dá)到。

縱觀整個(gè)宇宙，盡管我們知道一些恒星的表面溫度很高，但實(shí)際上宇宙的平均溫度卻只有零下270.42℃，這是宇宙微波背景輻射的溫度。

宇宙微波背景輻射

目前我們?cè)谟钪嬷邪l(fā)現(xiàn)的最冷的地方，是回力棒星云，這里的溫度達(dá)到零下272℃，但仍舊比絕對(duì)零度高了1.15℃。

而這已經(jīng)是宇宙大爆炸后，留存至今的“熱度”了。

曾經(jīng)科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)，也曾無限接近絕對(duì)零度。

目前，麻省理工大學(xué)的科學(xué)家，還利用激光冷卻鉀鈉氣體分子的方式，將其冷卻至1℃的5000億分之一，僅比絕對(duì)零度高了百萬分之幾℃。

金屬銠

再往下，科學(xué)家也沒有辦法繼續(xù)探索下去了。

因?yàn)樗形镔|(zhì)的導(dǎo)熱率都會(huì)隨著溫度的降低而下降，那么此時(shí)要從其他地方將熱量向外傳導(dǎo)就需要很長(zhǎng)的時(shí)間。

并且變化單位溫度，吸收或釋放的熱量，也會(huì)隨著溫度的降低而減小，也就是說，不管是多么微小的行為，都相當(dāng)于給物質(zhì)加熱。

粒子不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)

因此我們可以說絕對(duì)零度是一個(gè)理想的、無法達(dá)到的、完美的凍結(jié)狀態(tài)。

無法達(dá)到絕對(duì)零度

之所以無法達(dá)到，在愛因斯坦看來，宇宙中不存在絕對(duì)靜止的參照物，任何物體都處于運(yùn)動(dòng)中，靜止只能是相對(duì)的。

而在量子力學(xué)看來，粒子更加不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楦鶕?jù)不確定原理，粒子的位置和動(dòng)能不會(huì)被同時(shí)精準(zhǔn)地測(cè)量出來。

所以這樣看來，宇宙中粒子的動(dòng)能永遠(yuǎn)大于零，而溫度永遠(yuǎn)也比絕對(duì)零度高。

在熱力學(xué)第二定律，也就是熵增原理中，宇宙的能量最終會(huì)逐漸耗盡，但這僅限于是有用能量。

熵增

此時(shí)它們會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，宇宙能夠保持最低，但非零的能量狀態(tài)，溫度雖然會(huì)達(dá)到熱平衡，但一定不是絕對(duì)零度。

時(shí)空無意義

不管是絕對(duì)最高溫度，還是絕對(duì)零度，我們?nèi)祟惗己茈y駕馭。

如果假設(shè)可以達(dá)到這兩個(gè)溫度，那么我們現(xiàn)存的物理定律就會(huì)全部崩潰，而時(shí)空也會(huì)變得沒有意義。

絕對(duì)最高溫度，是宇宙在大爆炸之初產(chǎn)生的。

現(xiàn)在要達(dá)到或超過這一溫度，無異于是將整個(gè)宇宙都“重啟”，再次經(jīng)歷一次宇宙暴漲。

我們不可能重啟宇宙

而在此之前，時(shí)空根本就沒法存在，甚至現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石，相對(duì)論和量子力學(xué)也會(huì)崩潰。

因?yàn)槿绻_(dá)到這個(gè)溫度，微觀量子就會(huì)接近靜止，原子的振動(dòng)會(huì)停止，分子無法進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，而物質(zhì)也會(huì)失去基本的相態(tài)。

所以此時(shí)，不僅時(shí)間和空間會(huì)失去意義，整個(gè)宇宙空間也會(huì)消失。

不過即便如此，科學(xué)家對(duì)于宇宙溫度的研究，始終沒有停止，并且在這個(gè)過程中，還會(huì)不斷創(chuàng)新更高級(jí)的技術(shù)，創(chuàng)造出更厲害的裝備。

愛因斯坦提出相對(duì)論

就像在努力達(dá)到絕對(duì)零度時(shí)，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了溫度僅為零下196℃的液氮，和溫度低至零下253℃的液氫。

現(xiàn)在我們的火箭常用的燃料就是液氫，由此可見，科學(xué)家們?cè)趯?duì)宇宙溫度的研究中，可以進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)整個(gè)宇宙的研究。

通過假設(shè)并不斷驗(yàn)證的結(jié)果，來找到宇宙及各類天體形成的機(jī)制，或許還可以找到人類在其他星球上生存的方法。

液氫

這樣一來，即便最后地球毀滅，人類文明仍然可以繼續(xù)發(fā)展，甚至還能往更高級(jí)的文明進(jìn)步。

來源：宇宙解碼