我們需要先了解溫度的定義。
溫度(temperature)是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。
換言之,物體分子運動的越劇烈,溫度就越高;越平靜,溫度就越低。
最低溫度:
所以理論上,當物體的分子完全靜止的時候,就是溫度最低的時候,科學界對這個溫度有一個專業名詞——絕對零度。
根據計算,「絕對零度」的數值為-273.15℃,在此溫度下,物體分子的動能為0,處於完全靜止的狀態,所以這就是溫度的下限,也是一個理論值。
宇宙中不會再有比它更低的溫度了,但也永遠達不到「絕對零度」,只能無限接近。
2018年5月,NASA的物理學家團隊利用Space X獵鷹號火箭將他們的冷原子實驗室(CAL)送上了國際空間站。
憑藉空間站中零重力的優勢,CAL將把一團原子云的溫度降至前所未有的低點,甚至只比「絕對零度」高上100億分之一度而已。
CAL
這也是人類目前製造出來的最低的溫度,同時也是迄今為止宇宙中最低的溫度。
但這是人為製造的低溫,如果要說自然界中的最低溫,則是距離地球5000光年外的「布莫讓星雲」。
「布莫讓星雲」是位於半人馬座方位的行星狀星雲,距地球5000光年。發現於1979年,因外形酷似蝴蝶領結,或者回力棒,所以又被叫「領結星雲」、「回力棒星雲」。
該星雲溫度可達零下272℃,比絕對零度僅高1.15℃,是已知的一個溫度低於背景輻射的天體,也是已知的宇宙中最冷的地方。
「布莫讓星雲」是由從一顆恆星的核心逸流出的氣體形成的,氣體向外流出的速度是164公裡/秒,並且在進入太空之後很快速的膨脹。這種膨脹是造成它溫度下降的主要原因(絕熱膨脹)。
最高溫度:
既然有溫度下限,那麼自然也有溫度上限——普朗克溫度。
普朗克溫度以德國物理學家馬克斯·普朗克命名,大小為1.416833(85)×10^32 開爾文,折合成攝氏度也和這個差不多,都是10的33次方級別,100後面跟著4個億(100億億億億攝氏度)。
(註:攝氏度=開爾文溫度+273.16)
開爾文溫度被認為是宇宙大爆炸第一瞬間的溫度,也是溫度的基礎上限,現代科學認為推測任何東西比這更熱是毫無意義的。
當然,同「絕對零度「一樣,你只能找出一個溫度和」普朗克溫度「無限相近的物質,但永遠不可能達到。
而我們人類製造出來的最高溫度,是2010年11月,由歐洲的科學家利用位於瑞士和法國邊境的歐洲大型強子對撞機製造的,意在模擬近140億年前宇宙形成的瞬間過程。
在這臺「巨無霸」機器全長約27公裡的環形軌道內部,兩束鉛離子的亞原子粒子束朝著相反的方向前進,它們每運行一圈,就會獲得更多的能量,速度也隨之增加。
對撞之際,這些粒子「狂飆」的速度可以達到光速的99.99%,從而使它們在對撞瞬間產生的高溫相當於太陽核心溫度的100萬倍,即10萬億度。