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冬天的時候我們會穿棉襖,夏天的時候我們會穿短袖,人體對冷熱的直接感受,決定了我們會穿什麼樣的衣服。而冷和熱又是溫度的代名詞,那溫度又是什麼?
在科學家還沒有從熱力學角度考慮這個問題的時候,有說法認為「熱」是一種物質,它和空氣一樣看不見摸不著,卻又真實存在。當我們發現了「摩擦生熱」時,科學家才從微觀角度得出了正確的結論,溫度的本質是物體分子熱運動的劇烈程度。世間萬物都是由一個個粒子組成的,它們時刻在做著無規律的運動,速度越快,物體的溫度也就越高。
所以很容易得出絕對零度的概念,當物體分子幾乎不做任何運動時,物體的溫度將下降到一個極限值,也就是零下273.15℃。
這個數字大嗎?一點也不大,科學家早就在實驗室裡,製造出了1.4億億億億攝氏度的可怕高溫。科學家還猜測,奇點發生大爆炸時的溫度,會比這個值還要大。理論上來說,在我們的宇宙裡,溫度是沒有上限的,下限就是絕對零度。
絕對零度有多可怕?
人類探索宇宙也有半個多世紀了,我們並沒有在宇宙中的某個角落,發現絕對零度。事實上,絕對零度是不可能達到的,就和愛因斯坦的相對論預言的一樣,任何有質量的物體都無法達到光速。當溫度下降,接近於絕對零度時,分子的運動幾乎停滯。擴大到宇宙的層面,真正的絕對零度會讓宇宙中的所有運動都停止。
物質運動停止了,時間和空間也就沒有了意義,宇宙中的一切都會陷入永恆的靜止之中,這真是個讓人害怕的答案。不過時間並沒有消失,對於人類而言,時間其實是個「工具」,我們的生活離不開它。
對宇宙而言,只要空間存在,時間就不會消失,只是物質運動陷入了靜止狀態。可觀測宇宙的直徑高達930億光年,有很多物質稀疏的地方,這些區域被叫做「空洞」。把它們算上,得出宇宙的平均溫度在零下270攝氏度左右。
科學家認為,導致宇宙溫度這麼低的原因,是宇宙本身過於龐大,直徑930億光年的龐大區域讓物質無法均勻分布。
絕對零度是宇宙的結局?
其實宇宙的結局不僅和常規意義上的物質有關,還和暗物質和暗能量有關。一個簡單的事實告訴了我們暗物質和暗能量的特點:它們和溫度的關聯性比較低。目前科學界的主流說法認為暗物質佔據了宇宙總質量的大部分,但是它沒有讓宇宙的溫度上升。
宇宙的溫度從大爆炸發生之後,就逐漸冷卻下來了。但是宇宙中的「熵」卻一直在增加,我們現在觀測宇宙,覺得恆星和星系都是有序的。這其實是種錯覺,我們的觀測時間太短了。實際上隨著熵的增加,宇宙中的一切物質都在朝著無序發展。分子的運動看起來很快,實際上也是逐漸變慢的,只是我們很難察覺。
當分子的運動停止,溫度便會達到絕對零度,宇宙的結局可能就是這樣。當然,這不是確定無疑的答案,有部分科學家認為,我們所掌握的科學知識還不能精準預測宇宙的結局,絕對零度只是提供了一種可能性。