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?

2020-12-04 鏡像君科普

現代的宇宙大爆炸理論認為,宇宙誕生於一個緻密的奇點,138億年前的某一刻,奇點突然爆炸,然後宇宙就由此產生了。

很多人都只知道宇宙中有最低溫度,那就是絕對零度,或者說是零下273.15攝氏度,但是其實宇宙中也有絕對最高溫度,這個溫度我們稱之為普朗克溫度,它是自然界中溫度的基礎上限,現代的科學家認為,宇宙中比普朗克溫度更高的溫度是不可能出現的,而且研究這個極限高溫則沒有任何意義,普朗克我們都知道,能量量子化理論的提出者,也是量力物理學的開門者,普朗克溫度以他命名。一個普朗克溫度也就是宇宙大爆炸的那一刻的宇宙溫度,普朗克溫度以Tp表示,一個普朗克溫度Tp=1.416833×10(85)^32K(括號中的85為不確定性指標)。推導如下:

需要搞清楚的是,普朗克溫度並不是科學家測出來的宇宙最高溫度,而是通過理論推導出來的,普朗克溫度也是理論上的宇宙最高溫度,至於公式如何推導出來的,這裡就不多說,下面來簡要講一講宇宙大爆炸的過程,以及各個時間節點中宇宙產生的變化。宇宙大爆炸理論假說最早於1927年由比利時天文學家勒梅特提出,到了1929年,美國天文學家艾德溫·哈勃通過觀測銀河系周圍的星系的時候發現了引力紅移現象,並提出了星系的紅移量跟星系的距離成正比的哈勃定律。

哈勃定律的提出進一步推導出了宇宙膨脹學說,其實在哈勃發現引力紅移現象之前,很多的科學家持靜態宇宙概念,比如說愛因斯坦就認為宇宙是穩定存在的,但是他用他的相對論卻推導出來了一個宇宙是動態變化的結果,為此愛因斯坦不得不在方程中引入一個宇宙常數的量來保證宇宙是恆定的,可是哈勃的發現終結了愛因斯坦的想法,為此,愛因斯坦曾在自己的晚年說到引入引力常數是自己這一生中做過的最錯誤的決定。

宇宙爆炸簡史

◆大概於138億年前的某一刻,宇宙的大爆炸開始了,奇點迅速擴張,宇宙的時間和空間開始形成,爆炸之後10^-43s(一個普朗克時間),宇宙的溫度為一個普朗克溫度,在這一階段,自然界的其中基本作用力都是一種,還未分離開來;

◆大爆炸之後10^-35s,引力已經分離出來,夸克、玻色子、輕子開始形成,宇宙的溫度降溫至10^27攝氏度;

◆大爆炸之後10^-12s,質子、中子及其反粒子開始形成,此時宇宙溫度為10^15攝氏度;

◆大爆炸之後1秒之後,宇宙已經降溫至100億攝氏度,不過原子核還沒有形成;

◆大爆炸之後10s,宇宙溫度為3億攝氏度,氫原子核和氦原子核開始形成,宇宙溫度為30億攝氏度;

◆……

◆大爆炸之後138億年,宇宙微波背景輻射溫度為3K,對於人類來說是極限低溫。

宇宙未來會怎麼樣

對於宇宙的未來,不同的人有不同的看法:

◆愛因斯坦認為宇宙是恆定不變的,他持穩態宇宙理論;

◆以科幻作家阿西莫夫為代表的人認為,宇宙會因為無限膨脹而慢慢冷卻,最終冷寂下來;

◆一些宇宙學家認為,宇宙現在還膨脹,但是總有一天會停下來,然後再接著縮回去,最終回到原來的奇點,最終又引發一次宇宙大爆炸;

……

不過一些理論認為,宇宙的未來如何,取決於宇宙的密度參數Ω,如果Ω>1,則是封閉宇宙(宇宙膨脹減速然後收縮);Ω=1,恆定宇宙,也就是宇宙膨脹到了一定程度之後就停下來了(不過這種可能性很小);Ω<1,開放宇宙,那麼宇宙一直膨脹下去,這就是很有意思的一種可能性了。

為何宇宙爆炸之初溫度這麼高?

其實宇宙大爆炸理論目前為止也只是一個推測罷了,奇點也只是人類為了描述宇宙創生而建立的一個模型,宇宙究竟是不是這樣誕生的,目前還是個未知數,至於說奇點是怎麼來的,奇點爆炸之前宇宙是什麼樣子的這樣的問題,實在是無法解答,因為在宇宙誕生之前,什麼也不存在,時間空間都不存在,去討論奇點如何誕生也是沒有意義的。至於說宇宙爆炸的瞬間溫度,那也是理論公式推導出來的,問它為什麼這麼高我也說不清楚。不過前幾年倒是有科學家做過粒子對撞實驗,他們通過這個實驗成功製造出了4萬億攝氏度的超高溫度,不過存在時間很短罷了,這也是對模擬宇宙大爆炸的一種模擬。

相關焦點

  • 宇宙最高溫度是多少?科學家:大爆炸時的普朗克溫度,你猜有多高
    速度的最低限度就是0,一個粒子不可能比不動還慢,因此,絕對零度就是理論上的最低溫度。粒子的速度的下限存在,上限是否存在呢?理論上來說,粒子的運動速度越快,宏觀上表現出來的溫度就越高。像地球的冬季和夏季,本質上來說就是粒子在受到的陽光不一致,導致運動的速度快慢有別。在地球上,溫度最低不會低於-100攝氏度,最高也只有差不多57.8攝氏度。
  • 為何宇宙最低溫度只有-273度,最高溫度卻能達到1.4億億億億度?
    ,說到這裡有人就感到疑惑了,都是宇宙的極限溫度,為什麼最高溫度比最低溫度高出那麼多?目前科學家發現宇宙最冷地方布莫讓星雲,溫度為272.15°C弄明白了溫度的本質,那麼我們再來看看宇宙的最高溫度和最低溫度,所謂宇宙最高溫度其實就是分子運動最激烈的時候,分子最激烈的時候是什麼時候?
  • 人類能創造比太陽中心高60萬倍的溫度,卻和宇宙最高溫度沒法比
    宇宙大爆炸是被廣泛認同的天文物理學理論,它也是有星體紅移現象和宇宙微波背景輻射等天文觀測證據支撐的。那麼宇宙大爆炸時的最高溫度能達到多少呢?在量子物理學中,這個溫度被稱為普朗克溫度,指的是宇宙大爆炸開始的第1個普朗克時間中宇宙的溫度,它的數值是1.416833(85)×10^32 K(開爾文溫度,熱力學溫標,可以看作是從絕對0度開始計值的攝氏度),也可以讀作1.416833億億億億K,這也是理論可推測的宇宙最高溫度。
  • 宇宙最高溫度紀錄:大爆炸瞬間達到 1 億億億億攝氏度
    亞伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)美國哈佛大學天文學教授從一定意義上講,宇宙中最熾熱的是大爆炸,如果我們追溯到宇宙起源之初,宇宙變得非常密集、非常熾熱,並且沒有限制。大爆炸奇點標誌著愛因斯坦引力理論的崩潰,物質和輻射的密度和溫度偏離至無窮大。
  • 宇宙最高溫度紀錄:大爆炸瞬間達到1億億億億攝氏度
    亞伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)美國哈佛大學天文學教授從一定意義上講,宇宙中最熾熱的是大爆炸,如果我們追溯到宇宙起源之初,宇宙變得非常密集、非常熾熱,並且沒有限制。大爆炸奇點標誌著愛因斯坦引力理論的崩潰,物質和輻射的密度和溫度偏離至無窮大。
  • 宇宙中最高的溫度是多少?最低溫度是多少度?
    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)。
  • 宇宙中的絕對最高溫度有多高?
    到目前為止,無論在宇宙深空還是在實驗室中,都沒發現比絕對零度更低的溫度。既然有宇宙最低溫度,那麼宇宙間存不存在最高溫度的極限?早年的物理學,往往認為宇宙溫度的最高值是沒有上限的,先進國家的物理實驗室中也不斷創造試驗溫度最高值的新記錄。不過隨著廣義相對論和量子力學成為主流理論,現代物理學認為宇宙間的最高溫度還是有上限的。
  • 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。
  • 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。
  • 理論上最高溫度可以達到多少度?答案你絕對想不到
    我們如何使能量達到無窮?從理論上講,這是可能的。但理論並不一定是我們在現實中觀察到的。因此,已知的最高溫度似乎是142兆開爾文(10^32 k)。這是我們根據粒子物理標準模型所知的最高溫度,粒子物理是構成和控制我們宇宙的物理基礎。除此之外,物理學開始崩潰。這就是普朗克溫度。
  • 「絕對零度」是最低溫度,那麼宇宙中,是否存在「最高溫度」?
    溫度可以說是我們生活當中,最常出現的一種物理量了,每天我們都能在天氣預報上看到,而且也和我們的生活息息相關。當然通常我們生活當中使用的溫度是「攝氏溫標」,也就是攝氏度(符號℃)。攝氏溫標下的0度,也就是指在1個標準大氣壓之下,冰水混合物的溫度。在低於0℃的情況下,水就會凝結成冰。
  • 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。
  • 溫度的本質是分子熱運動,那麼宇宙存在最高溫度嗎?
    比如在常溫下,物體分子的熱運動最大概率速度在0.1cm~1cm/s之間;同時相對論描述,宇宙中存在最高速度——「光速」。如果按照對溫度的定義,那麼宇宙是存在最高溫度的,這個溫度由光速和其他物理學常數來確定,叫做普朗克常數,大約1.42億億億億度。
  • 宇宙最高溫度是多少?為何最低溫卻只有-273度?
    #了不起的基礎科學#宇宙並不存在最高溫度的說法按照目前的主流理論,宇宙起源於奇點的大爆炸。而奇點具備以下三個特點:密度無限大;空間曲率無限大;溫度無限高。也就是說,宇宙並不存在溫度的上限。隨著宇宙大爆炸之後,空間發生膨脹,隨著膨脹進行宇宙的整體溫度是在逐漸下降的。宇宙大爆炸的餘熱,我們叫做宇宙微波背景輻射,如今還在宇宙中傳播,他們作為背景輻射,目前還保持著2.7K的溫度,用我們現在的探測器可以很好地獲得宇宙微波背景輻射的信息。
  • 為什麼溫度最低只能達到負273.15?最高溫度卻能達到億億度
    溫度這個概念是我們人類創造出來的一個偉大的概念,從我們原始祖先學會用火烹飪食物開始,溫度這一個概念就深入人心。而伴隨著人類文明的不斷進步,溫度這一個概念不斷的被強化,烹飪美味的食物,我們需要把控溫度,冶鍊金屬等等。但是你們知道嗎?
  • 宇宙最高溫度達到1.4億億億億度,為什麼最低溫卻只有-273度?
    還有平時我們燒開水達到100℃的時候,用手去摸會很燙,如果不幸淋到身上有可能會造成燙傷,在地球上還有很多比較高的溫度,比如紙張燃燒的溫度達到200℃、火災溫度可達400℃、酒精燃燒溫度可達到600℃。,但是宇宙曾經存在一個比這個溫度高得多的溫度,這個溫度就是普朗克溫度,所謂普朗克溫度就是在普朗克時間內宇宙產生的溫度,簡單點說就是宇宙大爆炸一瞬間產生的溫度,這個溫度達到驚人的1.4億億億億度,是太陽內部溫度的(1500萬攝氏度)的幾億億億倍。
  • 33位數的宇宙最高溫度!普朗克溫度?太陽溫度不夠零頭
    我們都知道,地球上之所以擁有大量的生命存活,那是因為我們生活的太陽系中的恆星——太陽在無時不刻進行著威力強大的原子反應。通過這些原子的劇烈反應,太陽釋放出大量的能量,而這些能量經過傳播之後被地球接收到了,因此冰層融化,地球上有了液態的水,植物也因為陽光的存在開始生長。
  • 宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為何最低溫度只有零下273℃
    溫度,雖然看不見摸不到,但是我們卻能每時每秒的感受到,比方說我們在夏天的時候,當屋裡的溫度太高,我們便會開空調,將溫度設置到26℃或者更低的溫度,這樣我們便會變得非常的舒適和涼爽。同樣,我們平時生活中,當我們燒水的時候,當水燒開,我們便知道水溫已經達到了100℃。
  • 宇宙最高溫度到底有多少?
    相反地,宇宙中是否存在極限高溫呢?科學研究表明:太陽表面的溫度是6000 K左右,太陽內核是進行核聚變反應的部位,反應過程中的最高溫度能達到20000000 K。根據科學家的估計,一顆具有較大質量的恆星的核心部位最高溫度能達到90億攝氏度。而通過科技的手段,人類可以在一千萬億分之一秒產生100億億的最高溫度!這個龐大的數據令人咋舌!
  • 為什麼宇宙中最高溫度達到1.4億億億億度,最低溫度卻是-273度?
    所以,當我們要了解這個宇宙的最高溫和最低溫時,我們就需要從整個宇宙尺度來看。在整個尺度下,宇宙是存在著最高溫和最低溫度的,其中最高溫是1.4*10^32K(1.4億億億億K,K是溫度的單位卡爾文),最低溫度是絕對零度0K,也就是零下273.15℃。首先,我們想說說這個最高溫度到底是咋回事?