根据物理理论的推断,我们宇宙是存在最高温度和最低温度的;由于我们把水的三相点定义为273.16K,在摄氏温度中把冰水混合物定义为0℃,所以最低温度就为-273.15℃,最高温度为1.416833*10^32 K。
在物理学中,温度的本质是微观粒子的不规则运动,当微观粒子完全静止时温度达到最低,也就是0K,或者-273.15℃,但是量子力学和热力学都认为,绝对零度不可达到,我们只能无限去接近绝对零度,目前,实验室能制造的最低温度低至0.000000001K。
根据宇宙大爆炸理论,在138亿年前,我们宇宙在大爆炸发生后的第一个普朗克时间,宇宙的所有能量都集中于一点,此时的温度叫做普朗克温度,数值高达1.416833*10^32K,也就是1.4亿亿亿亿K,为宇宙最高温度。
此状态下四种基本作用力已经统一到了一起,甚至亚原子粒子还未形成,目前实验室利用对撞机可以制造出10万亿度的瞬间高温,与宇宙最高温度还差了20个数量级。
温度的度量尺度是人为规定的,如果从纯理论角度出发,开尔文温标是最合理的,定义最低温度为0k;而摄氏温标是为了方便人们使用制定的,定义标况下冰水混合物为0℃,水的沸点为100℃。
对于外星文明而言,对温度的定义可能与人类完全不同,最低温度和最高温度的数值可能存在差异,但是本质上最低温度和最高温度都是存在的,因为这是物理学定律决定的,与你如何定义温度没有任何关系。
温度的范围非常广,但是人类能接触到的温度范围非常有限,宇宙中几个标志性的温度如下:
(1)最低温度0K(-273.15℃);
(2)水的三相点温度273.16K(0.01℃);
(3)太阳表面温度5500K;
(4)太阳核心温度1500万K;
(5)氢弹爆炸中心的瞬间温度可达2亿K;
(6)刚形成的中子星表面温度可达60亿K;
(7)超超星星爆炸的核心温度可达100亿K;
(8)目前人类制造的大型对撞机,可以产生10万亿K的瞬间温度。
(9)宇宙大爆炸初的最高温度为1.4亿亿亿亿K。
夏天到了,我们又要面对高温的蒸烤了,如果温度达到30℃,我们就需要靠空调续命,如果温度超过40℃,我们就有中暑的可能性,在人类历史上测得的最高温度发生在1922年的非洲利比亚的权埃尔阿奇亚地区,当地最高温达到57.8摄氏度,是地球平均气温(15℃)的近4倍,是不是感觉很热?还有平时我们烧开水达到100℃的时候,用手去摸会很烫,如果不幸淋到身上有可能会造成烫伤,在地球上还有很多比较高的温度,比如纸张燃烧的温度达到200℃、火灾温度可达400℃、酒精燃烧温度可达到600℃。
太阳表面温度高达6000摄氏度
不管是400℃还是600℃,它们与太阳的温度相比弱爆了,根据科学家分析太阳表面温度可达6000摄氏度,内部温度更是达到惊人的1500摄氏度, 目前地球上熔点最高的物质是铪合金,在标准大气压之下它的熔点为4200℃,比太阳表面温度还要低1800℃,因此理论上将太阳可以把地球给全部融化掉,我们本以为太阳内部的温度已经高到无法现象,但是宇宙曾经存在一个比这个温度高得多的温度,这个温度就是普朗克温度,所谓普朗克温度就是在普朗克时间内宇宙产生的温度,简单点说就是宇宙大爆炸一瞬间产生的温度,这个温度达到惊人的1.4亿亿亿亿度,是太阳内部温度的(1500万摄氏度)的几亿亿亿倍。
太阳内部温度高达1500摄氏度
不过什么事情都有两面性,既然宇宙存在过一个最高温度,那么宇宙也应该存在过一个最低温度,科学家发现宇宙最低的温度只有-273.15℃,这个温度也被称为绝对零度,说到这里可能就有人感觉疑惑,宇宙的最高温度可以达到1.4亿亿亿亿度,而最低温度却只有-273.15℃,最高温度和最低温度相差如此巨大,这到底是为什么呢?
科学家发现宇宙最高温度1.4亿亿亿亿℃,最低温度却只有-272℃
要想知道其中的答案,那么就必须了解温度的本质是什么,那温度的本质是什么?一提到温度很多人都认为这么简单的概念还要思考,不就是热和冷吗,温度其实就是热量和寒冷,就这么简单,其实这样思考是片面的,温度的本质其实是一种分子运动,在我们这个世界上到处都充满分子,因为分子是组成物质的基本物质,而没有组成物质的分子就以气态形式漂浮在地球各个角落。
温度的本质是分子的热运动,分子相互碰撞产生了热量
当分子运动速度很快的时候,分子之间的碰撞就越激烈,碰撞得越激烈产生的热量就越多,温度就上升得越快,就好比平时我们用石头相互碰撞会产生热量是一个道理,当你撞击的速度越快,两块石头产生的热量越多因此也就越热。相反,如果分子的运动速度越慢,那么产生的热量就越少,因此温度就会下降变冷,这就是温度的本质。
宇宙大爆炸瞬间产生了普朗克温度,也就是宇宙最高温度1.4亿亿亿亿度
明白了温度的本质,那么我们再来来看看宇宙最高的温度和最低的温度,宇宙之所以能够出现高达1.4亿亿亿亿度,那是因为分子的运动速度可以创造出1.4亿亿亿亿度的高温,而那个运动速度就是宇宙大爆炸瞬间产生的速度,就目前为止宇宙中没有发现比宇宙大爆炸瞬间时分子运动速度更高的物质速度了,因此可以确定宇宙最高的温度为1.4亿亿亿亿度,但是理论上来讲,分子的运动速度是没有上限的,也就是说如果科技足够发达,就可以把分子的速度加速到比宇宙大爆炸瞬间的速度还要快,产生的温度势必超越1.4亿亿亿亿度,而且产生的高温没有上限,不过这也仅仅是理论上,因为如何能够创造比宇宙大爆炸瞬间还高的温度,那已经不属于科学的范畴了,已经属于神的范畴了,毕竟宇宙也有可能是由神创造的。
目前在宇宙中发现最低温度的地方布莫让星云,这里的温度为-272℃
然后再来说说最低温度为什么只有-273.15℃,既然温度本质是分子的运动,那么当分子静止的时候不就是温度最低的温度了吗,所以当分子静止的时候,物质就达到最低温度,也就是-273.15℃,这也就是为什么这个温度被称为绝对温度,就是物质绝对静止时产生的温度,但是宇宙中根本没有绝对静止的物质,只有准静止的物质,因此宇宙也不可能存在-273.15℃这个绝对温度,只能存在比这个大的温度,目前科学家在宇宙中发现的最低温度是布莫让星云,这里的温度达到-272℃,尽管如此还是比绝对温度高1.15℃,因为宇宙不存在绝对静止的物质,莫让星云的温度能够达到-272℃,说明这里的物质运动状态非常接近静止了。
分子运动速度快慢决定温度高低,图为水分子,水分子运动越快水就越容易沸腾
最后总结:温度的本质是分子运动,温度与分子运动速度成正比,分子速度越快温度就越高,分子速度越慢温度就越低。宇宙最高温度之所以可以达到1.4亿亿亿亿度,那是因为分子的运动速度可以达到创造这个温度的超高速度,而分子运动速度理论上是没有上限的,因此温度理论上也不存在上限;虽然分子运动速度没有上限,但是物质的速度是没有负值的,所以分子的运动速度有一个下限值,这个下限值就是0,当分子运动速度为0的时候,温度就达到绝对零度-273.15℃,因此就导致宇宙最高温度比最低温度差距极为悬殊的现象。