奇點
1915年,愛因斯坦提出了廣義相對論,其中有個廣義相對論引力場方程。從這個方程中,愛因斯坦發現,宇宙竟然是一個動態的,會膨脹的宇宙。可那個時候,大多人對於宇宙的看法其實並不是這樣,他們認為宇宙是永恆的,是靜態的。意思就是,從古到今,宇宙都這樣,幾乎沒什麼變化。於是,為了不顛覆自己的三觀,愛因斯坦在方程中加了一個宇宙學常數,這樣就抵消了宇宙膨脹的效應。
可是好景不長,沒過多少年,有位天文學家叫做哈勃,他在觀測星系時,就發現星系有紅移的現象,也就是說,這些星系正在離我們遠去。而且這種遠去的方式很古怪,是宇宙中各個位置的星系似乎都有類似的情況。後來,隨著深入地研究,他們發現,宇宙其實是在各個部分等比例的膨脹。(據說,愛因斯坦得知這件事時特別懊悔當初加了那個宇宙學常數,直接錯過了一個極為重大的發現。)
如果,宇宙是在隨著時間膨脹的,那麼如果沿著時間的方向倒推,那宇宙應該起源於一個點,這個點後來被我們稱為奇點。
而奇點其實真的是很奇怪,因為現有的物理學理論是沒有辦法描述奇點的,無論是廣義相對論還是量子力學都不行。目前,只有霍金和彭羅斯嘗試用數學方式證明奇點是可能存在的,僅此而已。一般認為,奇點是一個體積無限小,密度無限大,時空曲率無限大的點。
宇宙大爆炸
大約在距今138億年前,宇宙誕生於一場大爆炸,在宇宙大爆炸的最初10^(-44)秒內,宇宙到底發生了什麼,我們現在還不得而知,10^(-44)秒是時間的最小間隔,被我們稱為普朗克時間。此時,目前宇宙中的四大作用力還統一在一起,沒有分離開。
而宇宙第一瞬間顯現出來的溫度,被我們稱為普朗克溫度,這個溫度是1.4*10^32開,也就是我們目前所知道的宇宙曾經出現過的最高溫度。因此,我們目前可以暫且把這個溫度看成是宇宙中的最高溫度。
而我們要知道的是,普朗克溫度其實已經是溫度的上限值了,按照目前的理論,無論用什麼樣的辦法,都沒有辦法使得溫度高於這個溫度。
(不過也要補充一點,之所以會有這樣的結論,是因為目前廣義相對論一直無法和量子力學實現結合起來,我們缺少量子引力論的相關理論。所以,或許未來這方面的研究可能會改變我們對於普朗克時間和普朗克溫度的一些看法。)
在這之後,宇宙的溫度一直在持續下降,在38萬年左右,宇宙的溫度降到了只有3000開左右,而直至今日,宇宙的溫度下降到了2.72開。
按照熱力學定律,絕對零度也是達不到的,2.72開只比絕對零度高2.72開,所以已經非常接近了。之所以說達不到絕對零度,是因為按照理論,溫度的本質其實是分子熱運動的劇烈程度。
絕對零度(零下273.15開)時,粒子就應該是幾乎靜止不動。(實際上,由於量子不確定性原理的存在,它們還是會在一定區間內振動。)
而我們要使溫度下降,實際上常規的作用是利用更低的溫度來令其降溫,但是絕對零度已經是最低溫度了,我們根本無法搞出比絕對零度更低的溫度。而科學家也有嘗試利用雷射在微觀層面上進行操作,雖然一直無限逼近絕對零度,但至今還沒有打破熱力學定律的束縛,這就讓我們拭目以待吧。
總結
因此,宇宙中存在著一個溫度的上限,被我們稱為普朗克溫度,具體的數值是1.4*10^32開,這是宇宙誕生第一瞬間顯現出來的溫度,從這之後,溫度就開始逐漸下降。而按照目前理論,絕對零度是宇宙中的最低溫度,是零下273.15開,按照目前的理論,絕對零度達不到,如果真的能達到,粒子應該是在一定範圍內振動,而不是一動不動。