宇宙大爆炸時的最高溫度是多少度?為何溫度能達到這麼高?

2020-11-29 鍾銘聊科學

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。

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。

相關焦點

  • 宇宙的溫度達到了多少度?聽完科學家的解釋恍然大悟
    對於溫度相信大家不會陌生,我們每天,每時每刻都在跟溫度打交道。那麼溫度是如何誕生的呢?其實從宇宙大爆炸的那一刻,溫度也就出現了。在人類的認知裡,地球表面的平均溫度是15攝氏度,火星表面的平均溫度為零下63攝氏度,而金星上的溫度可達460攝氏度,太陽表面的溫度達到了5500攝氏度。
  • 溫度在宇宙中意義是什麼,為什麼最高溫度沒有上限?
    根據這句話,當溫度降到-273.15℃時,氣體的體積不是為零嗎?它似乎是不可能的。幾十年後,科學家改變了這一觀點,他們認為氣體的溫度是分子運動的結果。物體有溫度,因為分子、原子在運動,運動越快,溫度越高;相反,分子和原子的運動越弱,溫度越低,溫度越低,它就越不動。最後,當溫度達到-273.15℃時,分子將完全停止移動。所以這個溫度是自然界的最低溫度。
  • 理論上最高溫度可以達到多少度?答案你絕對想不到
    但可能的最高溫度是多少呢?有絕對的熱度嗎?麻省理工學院將鈉鉀分子冷卻到絕對零度以上5000億分之一度。在這裡,NaK分子用融化在一起的冰的球體來表示:左邊的小球體代表一個鈉原子,右邊的大球體代表一個鉀原子。其實事情並沒有那麼簡單。停止所有的運動是一回事,但是我們如何測量最大速度的運動呢?我們如何使能量達到無窮?從理論上講,這是可能的。
  • 入秋後涼意襲來 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎
    地球上的溫度變化萬千,宇宙中不同天體的溫度又如何?  就人們的直觀感受而言,溫度就是物體的冷熱程度。從微觀層面看,物質都是由分子或原子組成,這些分子永不停息地做著無規則運動。雖然我們看不見分子的運動,但用手觸摸時能感受到物體的冷熱,其實就是分子熱運動劇烈程度的體現——分子平均熱運動動能大的溫度就高,反之溫度就低。
  • 美國製造出極端溫度物質,最高溫度是太陽25萬倍
    據外國媒體報導,美國能源部(DOE)布魯克海文國家實驗室(BrookhavenNational Laboratory)下屬的研究小組利用相對論重離子對撞機(RHIC)成功製造出有史以來最高溫度產生的物質約為4萬億攝氏 度,是太陽核心溫度的25萬倍。專家表示這也是迄今為止人類科學實驗室達到的最高溫度。據美國知名科技網站physorg報導,有三名研究小組成員來自範 德比爾特大學(Vanderbilt University)。
  • 軸承最高能承受多高的溫度?
    標準規定一般中小型電機滾動軸承的工作溫度不得高於95℃。軸承實際最高能承受多高的溫度呢?這個主要是由軸承鋼、保持架、密封材料、潤滑劑的耐熱溫度限制。 1 軸承鋼的熱處理尺寸穩定溫度 對於普通軸承鋼都有一個熱處理穩定溫度,在這個溫度以下軸承保持尺寸穩定,同時軸承鋼材質的硬度等也滿足使用要求。一般軸承的熱處理穩定溫度為150℃。具體各個廠家軸承的熱處理穩定溫度會有不同。
  • 我們到底能承受什麼樣的極限溫度?
    我們到底能承受什麼樣的極限溫度人是一種恆溫的動物,當人體的溫度超過了極限溫度,不論是高還是低,都有可能引起我們身體機能的衰竭,直至死亡。那您知道人體所能承受的最低溫度和最高溫度分別是多少度嗎?人體的正常體溫通常保持在36℃到37℃之間。
  • 為什麼雪花屏可以證明宇宙大爆炸的存在?你可能被忽悠了!
    從微觀角度來看,粒子運動的劇烈程度和溫度是有關的。科學家發現,粒子整體運動得越劇烈,溫度就越會高。因此,我們可以用分子的平均動能來對溫度進行描述。不僅如此,科學家還發現,凡是溫度高於絕對零度的物體,都會向外輻射能量。就拿人類說,人的體溫大概是36~37度。因此,人也是會時時刻刻在向外輻射能量的。不過,由於我們可以看到的電磁波是一定頻率範圍內的,這部分也稱為可見光波段。
  • 行星最高溫度有多高?這顆行星大木星三倍,數千度高溫熱到能發光
    宇宙中的恆星才是發光發熱的天體,它們的表面溫度都非常高,比如我們的太陽的表面溫度達到了5600攝氏度,所以它可以向外輻射大量的熱量和光線,有的恆星的表面溫度甚至能達到幾十萬攝氏度,這樣的恆星的光度都非常高,不過也有的小質量恆星表面溫度只有2000多攝氏度,比如很多紅矮星,它們的溫度就在2000
  • 翡翠能承受的最高溫度是多少?
    要想了解翡翠的熔點,就不能忽略玉的熔點,玉的最高熔點是1773℃ ,玉的最低熔點是1692℃,而翡翠是玉中的硬玉種類,它是在高壓和低溫的條件下形成的,科學家曾將翡翠放在高溫環境下實驗
  • 南極能穿短袖?南極洲達到有記錄以來最高溫度,18.3攝氏度!
    根據阿根廷國家氣象局報導,2月6日中午,在南極半島最北端的阿根廷研究「Esperanza」記錄到該地區達到了18.3攝氏度的最高溫度記錄。甚至有科考站工作人員表示開始在中午穿著短袖工作。先前的最高溫度是17.5°С,記錄於2015年3月17日。
  • 孔雀魚耐最低溫度和最高溫度
    今天為大家介紹關於孔雀魚耐低溫和高溫的問題。一直以來很多人認為孔雀魚是熱帶魚只有在溫水裡才能活,都認為天冷了就養不活孔雀魚了,如果真的這麼認為那您就是大錯特錯了。 首先要明確熱帶魚不一定就要在溫度很高的水裡才能活,很多熱帶魚在溫度很低的水裡仍然活的很健康,例如孔雀魚,曼龍,瑪麗魚,牡丹魚等。相反還要明確熱帶魚生存的水溫是不能太高的,如果太高熱帶魚一樣無法生存。
  • 空調製熱最舒適的溫度看這裡!
    現在的空調不僅能夏天製冷還能冬天制熱,這樣就不用購買暖氣片了,那你知道冬天制熱最舒適的溫度是多少度嗎?想知道的看這裡!現在冬天溫度這麼低,人們為了取暖本身就已經穿了很多保暖的衣服,來抵禦寒冷的冬天,如果這個時候室內空調製熱溫度開得過高就會感到很熱,就會脫掉衣服減輕燥熱感,但是這樣室內外溫度相差較大,如果從室內走到室外就會感到不適應。如果從舒適度來說過高的溫度也會導致室內空氣乾燥,引起身體的不適,所以冬天將室內溫度控制在18—20℃之間,人體感覺舒適就可以了。
  • 宇宙大爆炸與老式電視機的雪花屏有關?科學家:都是謠言
    那麼,為何老式電視機會出現雪花屏呢?在過去,電視機是需要接收信號的,比方說老式電視機,都有天線的,當電視機接收不到信號的時候,就會出現雪花屏,簡單來說,雪花屏就是電視機在接受信號的過程中,所產生的噪聲信號,這一點與我們過去聽收音機、半導體的時候,需要用到天線去接收信號,需要調轉按鈕去調臺是一個道理,當信號不好的時候,便會出現沙沙的聲音。
  • 那竟與宇宙大爆炸有關!
    大家應該記得曾經用過天線接收衛星信號的老式電視,當我們調臺時,有時會出現布滿雪花點的無節目屏幕,伴隨著還有嗞嗞的聲音。遇到這樣的情況,誰都知道信號被幹擾或者屬於無信號狀態,但很少有人知道,此時我們看到的這個雪花屏其實來自宇宙大爆炸。
  • 溫度到底是什麼?
    3.5億度,氫彈爆炸的核心溫度10萬億度,人類目前創造出的最高溫度,來自於歐洲核子中心的質子對撞機其實溫度的實質是微觀粒子的運動。速度越快,動能越大,溫度則越高。我們知道,恆星的核聚變是宇宙中的能量來源。而恆星之所以會發生核聚變反應,是萬有引力造成的其核心的高溫高壓環境。最小的恆星質量約為0.08個太陽質量,核心溫度約為400萬度,可以使氫的核聚變緩慢發生!而隨著恆星質量的增加,萬有引力越來越大,核心溫度也越來越高。
  • 「宇宙的明燈」太陽的溫度到底有多高?看完這篇文章你就知道了!
    那麼,太陽上的溫度究竟有多高呢?眾所周知,水燒到攝氏一百度就會沸騰起來,煉鋼爐裡的溫度達到一千五百度,鐵塊就可以化成火紅的鐵水,如果繼續加熱到二千四百五十度以上,鐵水就變成氣體了。但是太陽的溫度比煉鋼爐裡的溫度還要高得多。它表面達到了攝氏六千度。在那裡,不論什麼東西都要化為氣體。
  • 宇宙最高能量是什麼?粒子加速器威脅地球安全,可能被我們誇大了
    要談宇宙的最高能量首先要從我們人類最強的粒子加速器開始,對我們人類來說粒子加速器加速的粒子所達到的能量和速度分別是:7 Tev和99.99999988%C!這個成就相當驚人,但是和宇宙比起來不值一提,有點小兒科!
  • 產房的溫度是多少度?為何分娩時冷到發抖?產科作出權威解釋
    畢竟很多人都說生個孩子就是上鬼門關走一趟,而且有這樣的感受的媽媽們,基本上在產房當中都有過體會,在分娩的時候覺得產房的溫度特別低,甚至冷得發抖,直打哆嗦。前一陣子和剛生完二胎的閨蜜打電話,她跟我講述著生產時有趣的事情。在交談當中她特別好奇的問我:"你生產的時候,有沒有覺得產房很冷啊?為什麼我這次生二胎凍得雙腿直直發抖?"
  • 人體能承受的最低溫度和最高溫度分別是多少?看完漲知識了
    人體能承受的最低溫度和最高溫度分別是多少?看完漲知識了人類對自身的探索從來沒有停止過,我們一直都在尋找人體所能承受的各種極限,例如心跳速度的極限、分辨氣味的極限、聽到聲音的極限等。那麼今天小編就來和大家探討一下:人體所能承受的最低氣溫和最高氣溫的極限值分別是多少?