從某種程度上來說,溫度是沒有上限的,根據現在的科學理論,目前宇宙中已知的最高溫度來源於宇宙大爆炸發生的那一瞬間,其溫度達到了1.4億億億攝氏度,用開式溫度表示為1.416833(85) × 10的32次方K。從此以後,138億年的宇宙演化,就再也沒有出現過如此高的溫度了,後來科學家們將這個溫度命名為了「普朗克溫度」。
雖然高溫從某種程度上來說沒有上限,但是宇宙中的低溫卻是有一個明確的下限的。這個下限是0K,也就是-273.15攝氏度,也就是我們常說的「絕對零度」。那麼這個絕對零度究竟是個什麼概念呢?宇宙中為何不能出現比絕對零度還要低的溫度呢?
想要知道宇宙中有沒有比絕對零度還要低的溫度,我們首先需要知道絕對零度到底是怎麼來的。實際上,絕對零度是可以根據理想氣體的狀態方程pV=nRT,用外推的方法進行推理得到的。
理想氣體的狀態方程pV=nRT又叫做克拉伯龍方程:
p為氣體壓強,單位帕斯卡(Pa)V為氣體體積,單位為立方米(m3) n為氣體的物質的量,單位為摩爾(mol) T為體系的熱力學溫度,單位開爾文(K) R為比例常數,單位是焦耳/(摩爾·開),即J/(mol·K)
當氣溫無限接近0K,也就是-273.15攝氏度時,此時氣體的體積也變得無限趨近於0這時候溫度就沒有辦法再繼續降低了。
當我們從微觀粒子的運動出發,我們必須要知道這樣一個定義:溫度是描述粒子運動快慢的物理量,而冷熱是我們感受到的溫度的宏觀特徵。當溫度越高,微觀粒子的動能就越大,當粒子的動能變為0的時候,就達到了絕對零度。但是不確定性原理告訴我們,這違反了量子力學的基礎。
當然,以上的兩種推論都是一種基於數學上的理想推理,在真實的物質世界中,是不可能發生的,也可能通過實驗來驗證。
不管如何,到這裡,大家對絕對零度肯定有了一個基礎的了解。其實在宇宙中,真的存在著一個溫度及其接近絕對零度的星雲,這個星雲被稱為宇宙的病匣子,其表面溫度約為-272攝氏度,它就是「布莫讓星雲」,這個星雲的平均溫度僅僅比絕對零度高了1.15攝氏度。
「布莫讓星雲」的溫度之所以如此的低,主要是因為組成星雲的氣體和塵埃是從一顆正在死亡的恆星中以150千米/秒的速度噴射而出的。當這些氣體和塵埃被噴射出來以後,「布莫讓星雲」開始了極速的膨脹,但是膨脹的過程又是需要不斷消耗能量的,由於在空曠的宇宙深空中是沒有任何熱源的,於是這些物種就只能通過消耗內能的方式來實現膨脹。正因為如此,這個星雲的內部溫度才會不斷地下降,無限地接近絕對零度。
所以,這裡就有了一個推論性的疑問,假如「布莫讓星雲」繼續不停地膨脹下去,那麼隨著時間的推移,是否有一天它的溫度會真正達到絕對零度,甚至比絕對零度更加低呢?
這顯然是不可能的,「布莫讓星雲」的溫度或許會不斷地接近絕對零度,但絕不可能真正達到。當真的達到了絕對零度後,現代物理學的兩大基石:相對論和量子力學就都要崩潰了,人類的科學就要推倒從來了。這時候,時間和空間就沒有了理論依託,變得完全沒有意義了。
在絕對零度之下,一切的物質和能量都會消失,空間中因為沒有任何能量,空間就不會再有任何的變化,這時候時間就沒有了意義。這種情況我們換一種思路或許會更好理解,那就是時間禁止了。禁止的時間是沒有意義的。
「布莫讓星雲」在接下來繼續膨脹的過程中,它的溫度會繼續下降,當然,這個過程會非常緩慢,以億年為單位。當溫度無限接近絕對零度的時候,也就是這個星系膨脹到極限的時候,這時這個星系或許會幾乎完全的靜止了。在一片幾乎完全靜止的區域,就沒有了任何意義,正因為如此,宇宙中不會有絕對零度或者比絕對零度更低的溫度了。
到這裡,小編有這樣一個問題想要問大家:我們人類到目前為止所提出的所有科學理論,都不是憑空捏造的,都是基於對客觀世界的觀察和總結。形象點來說,就是給自然現象套了一個理論框架,然後用這個框架去解釋自然界中別的現象,如果解釋的準確,那這個框架就是對的,當不能解釋或者解釋錯誤的時候,框架就不完全對了。
但是宇宙中還有無限的未知,我們所知道的只是宇宙的九牛一毛,那麼我們現在的科學理論真的是對的嗎?或者說,我們現在總結的科學理論真的能適用於整個宇宙嗎?