宇宙中既然不存在最高和最低溫度，那麼它們是怎麼測量出來的？

2020-10-18 星辰大海種花家

科學家告訴我們，絕對零度是無法達到的，然後由又告訴我們宇宙中還有一個最高的普朗克溫度，當然那更不可能達到了，既然現代宇宙中都不存在這樣的溫度，那麼這個溫度是這麼測量出來的呢？

絕對零度和普朗克溫度的來歷

中學就有溫度的準確定義：微觀粒子的運動在宏觀中的表現，粒子的運動速度越低，那麼它的溫度也就越低，因此絕對零度的定義就是當物質的微粒運動速度等於零時，溫度就達到了最低，也就是是絕對零度！

這個微觀粒子不運動的溫度是-273.15℃，也就是K氏溫標的0K，家裡的冰箱就能輕易達到零下十幾度，乾冰可以達到-78.5℃，液氮可以達到-196℃，但使用介質帶走熱量這種方式不可能無限下探，因為根據你無法通過有限次循環達到和介質一樣的溫度，而介質本身也不可能低於絕對零度！

因此絕對零度-273.15℃只是一個計算值，它不是通過測量得出的，而是根據科學的計算得到這個溫度，不過比較有趣的是，假設微觀粒子不運動這種方式還催生了一種新的製冷方式，也就是雷射都卜勒效應製冷，即利用雷射頻率的都卜勒效應來讓原子無限接近「停止」運動，以此來達到宇宙中最低的溫度，國際空間站的冷原子云實驗達到了宇宙中最低的溫度：-273.1499999999 ℃，但距離絕對零度仍然有一步之遙！

普朗克溫度的來歷

粒子停止運動就是最低溫度，那麼當粒子最高速度運動時就是最高溫度了，沒錯，物理世界就是這麼暴力！而這個速度的上限就是光速，普朗克溫度就是假設粒子在運動速度達到光速時的溫度，這個溫度為：

普朗克溫度的計算

什麼時候會達到這個條件呢？宇宙大爆炸前的奇點，當宇宙中所有物質都坍縮在一個奇點內時，運動速度達到了最高，所以這次事件發生在138.2億年前，我們同樣無法測量，當然也根本沒有這樣的工具可以測量。

太空中溫度很低嗎？

這是一個非常有趣的問題，其實並能以這種方式來形容，我們上文說了，溫度的表現就是微觀粒子的運動造成的，太空中，也就是接近真空，每立方釐米可能原子的數量最多也就幾十個氫原子，太陽輻射可以讓它們的溫度升高很多，但它們卻難以表現成宏觀的溫度，因為總量太少了！

所以在大氣層距離地面大約80千米到500千米左右這一層的空間，有一個熱層，此處的大氣溫度因為受到太陽輻射中的高能粒子轟擊，溫度可達上千度，但因為其密度太低了，因為公認的太空是在100千米的卡門線以上，所以說太空的溫度這樣形容是不太合理的。

宇宙中最低溫度的地方

當然上文我們已經說明了宇宙中溫度最低的地方是國際空間站上的冷原子云實驗室，它達到了宇宙中最低的溫度：-273.1499999999 ℃，但這是人工實現的！而宇宙中真的存在一個最接近絕對零度的地方！

在半人馬座的方向上，距離地球5,000光年的一個回力棒星雲 ，經過天文學家的測量，它的溫度只有1K，也就是−272.15°C，只比絕對零度高出1K，回力棒星雲是從一顆恆星的核心逃逸的氣體形成的，由於其擴散速度高達164千米/秒，因此這是它溫度下降過快的原因。

1998年，哈勃太空望遠鏡拍攝了回力棒星雲的詳細影像。認為這個星雲是正朝向行星狀星雲階段發展中的一顆恆星或恆星系。

相關焦點

  • 宇宙中的最低和最高溫度,科學家們是怎麼測量出來的?
    既然溫度反映的是微觀粒子的運動劇烈程度，那麼就會存在著粒子運動速度的一個上限和下限，分別對應著宇宙中理論上的最高溫和最低溫。而粒子運動速度的最高值則為光速，最低值為零，在這兩種極端的情況下，是如何推導出來最高和最低溫的呢？首先來看一下最高溫度。
  • 既然沒有超長溫度計,科學家如何測量出宇宙深空最高和最低溫度?
    其實科學家們在觀測宇宙和我們物質世界最深層次時，我們真的不能夠用生活中的常識來想像，經過幾百年現代科學的發展，科學家們已經有許多辦法來了解我們宇宙最遠處和微觀世界的最深處了。宇宙中最高溫度和最低溫度都不是直接測量出來的，而是一個理論值。
  • 「絕對零度」是最低溫度,那麼宇宙中,是否存在「最高溫度」?
    而許多人經常能夠聽到的「絕對零度」，在攝氏溫標中卻是-273.15℃，這又是怎麼回事呢？其實許多科學家在科學研究當中，使用的不是攝氏溫標，而是開氏溫標，也被稱為「熱力學溫度」。在開氏溫標之下，是沒有「零下」這個概念的，最低溫度就是0K（開爾文，也是國際單位制的7個基本單位之一），也就是絕對零度。
  • 為什麼有最低溫度-273.15℃,最高溫度卻沒有上限,該如何測量?
    為什麼有最低溫度-273.15℃，最高溫度卻沒有上限，該如何測量？比起高緯度的嚴寒和低緯度的酷熱，我們生活的地方有著獨特的氣候變化。一年四季，寒來暑往，人類生活的地球擁有著不斷變化的時令，伴隨著它們的變化，我們感知到的溫度也在不斷地變幻著。
  • 科學家們如何測量出宇宙深空最高和最低溫度？
    宇宙中最高溫度和最低溫度都不是直接測量出來的，而是一個理論值。而且現在所謂的最高溫度和最低溫度，這兩種溫度都不存在。一種是最高溫度，為普朗克溫度。這種溫度只有在宇宙大爆炸那一剎那，也就是普朗克時間，普朗克空間，發生的普朗克溫度。
  • 宇宙中最高的溫度是多少?最低溫度是多少度?
    宇宙中不會再有比它更低的溫度了，但也永遠達不到「絕對零度」，只能無限接近。2018年5月，NASA的物理學家團隊利用Space X獵鷹號火箭將他們的冷原子實驗室（CAL）送上了國際空間站。憑藉空間站中零重力的優勢，CAL將把一團原子云的溫度降至前所未有的低點，甚至只比「絕對零度」高上100億分之一度而已。CAL這也是人類目前製造出來的最低的溫度，同時也是迄今為止宇宙中最低的溫度。
  • 宇宙最低溫度是-273.15℃，宇宙中存在溫度上限？
    在我們所在的這個宇宙當中，其實存在著最高溫度，同時也存在著最低溫度。最低溫度其實就是零下273.15度，那最高溫度呢？那為什麼會有最低溫度和最高溫度的說法呢？ 按照目前主流的宇宙學理論，我們知道，宇宙並不是永恆的，而是有個起點，這個起點也被我們稱為奇點。
  • 你知道宇宙中最高溫和最低溫分別是多少嗎?是如何測量出來的?
    一般理論認為這個奇點沒有空間，宇宙半徑尺寸趨近於零，但它卻被科學家們認為其集合了宇宙中所有的物質和能量，被看作是一個密度無限大，熱量無限大，溫度無限高，壓力無限大，時空曲率無限大，體積無限小的一個「點」，就這樣，宇宙間所有的物質和能量全部都擠壓在這樣一個高壓的環境中，而在奇點發生爆炸的一瞬之間，所有的物質和能量被釋放了出來，也就是在這一時刻，宇宙最高溫誕生了。
  • 最低溫度是-273.15℃,為何很少聽說最高溫?是不存在嗎?
    最低溫度是-273.15℃，為何很少聽說最高溫？是不存在嗎？接觸過物理學的朋友都知道，在物理當中宇宙最低溫度是零下273.15攝氏度，也就是我們經常說的絕對零度，這個數字被公認為是宇宙的極限低溫，但是我們卻從來沒有聽說過極限高溫可以達到多少度，極限溫度的概念在我們的心中是非常模糊的，在我們的意識當中溫度並沒有上限，可以不斷的升高升高再升高。那麼溫度在宇宙當中真的沒有最高的限度嗎？
  • 最低溫度是-273.15℃，為何很少聽說最高溫？是不存在嗎？
    那麼溫度在宇宙當中真的沒有最高的限度嗎？1太陽這顆源源不斷為地球提供光和熱的星球，表面溫度就達到了5000攝氏度以上，我們認為這樣的溫度就已經足夠高了，其實在宇宙當中5000攝氏度的高溫根本就不算什麼，我們想要知道宇宙最高的極限溫度首先要了解到底什麼才是溫度
  • 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎
    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。日常生活中，人們發明了各式各樣的溫度計來測量溫度。而對遙遠的宇宙天體，我們怎麼知道它的溫度呢？
  • 為什麼最高溫度沒有上限,而最低溫度卻只有-273.15℃?
    關於最低溫度約為-273.15℃，這其實是一個人為定義的數值。雖然絕對溫度的零度相當於攝氏溫度的-273.15度，看起來完全是兩個標準，但其實它們的溫度增減是一樣的，沒有差異，也就是絕對溫度增加1度，攝氏溫度也增加1度，兩者的數值變化完全是同步的。所其實絕對溫度就是參照攝氏溫度來定義，只是把零點換成了絕對意義的0度。既然絕對零度就是熱力學定義出來的物理最低溫度，因此物理世界就不可能有比它更低的溫度了。
  • 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎？
    而對遙遠的宇宙天體，我們怎麼知道它的溫度呢？不同顏色代表不同溫度不同波長的光呈現出不同的顏色，藍光的波長較短，紅光的波長較長。早在戰國時期，《考工記》就記載著「黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然後可鑄也」，即隨著溫度的升高，火焰會呈現出不同的顏色，到「爐火純青」的時候溫度最高。恆星的發光機制和爐火不同，但顏色與溫度之間也存在著相關性。
  • 宇宙的最低溫度-273℃,最高溫度卻高達1.4億億億億度,怎麼算的?
    對於時時關注氣溫的我們來說，一天內最高溫是多少，最低是多少，我們都能測量的出來，那關於宇宙的溫度呢？宇宙的很大，所以宇宙的溫度會由於空間位置的不同而有所差異，例如，太陽表面的溫度是6000攝氏度，冥王星的溫讀是-230攝氏度，織女星的溫讀是10000攝氏度。溫度可謂是無處不在。宇宙的最高溫和最低溫是多少呢？
  • 宇宙中的絕對最高溫度有多高?
    1億攝氏度的溫度實在是太驚人，因此不可能用任何容器來盛起這種等離子態的物質，只能用磁約束或者雷射慣性約束讓其懸浮在空中連續反應。要理解如此高的溫度，還是要來回顧一下溫度的定義是什麼？在常規的物理和化學概念中，溫度是表示物質冷熱程度的物理量，在微觀上是物體分子熱運動的劇烈程度。這種運動就是我們所說的熱布朗運動，看不出什麼規律，物質分子的運動是隨機的。
  • 為什麼宇宙存在最低溫度,而高溫卻可以無限?
    說到物體溫度是所有人最熟悉但也是最陌生的概念，熟悉的是我們每天都會看天氣預報，看一天的最高溫度和最低溫度，好決定第二天搭配什麼樣的衣服。在此次疫情期間我們出入社區都需要測量自己的體溫，也很清楚地知道體溫在什麼範圍內是合格的。
  • 為什麼溫度最低只有-273度,而最高可達1.4億億億億度?
    為了描述物體的冷熱程度，我們定義出了溫度的概念。在我們常用的攝氏溫標中，0攝氏度表示水的冰點，100攝氏度表示水的沸點。其他溫度以此為基礎，可以低於0度，也能高於100度。那麼，溫度最低能到多少度？最高又能到多少度？關於溫度的上下限問題，需要知道溫度的本質是什麼。
  • 宇宙最高溫度是多少?1億億億億攝氏度!卻只存在過一個瞬間
    在中學課本上，我們完全不知道溫度代表的真實宇宙規律是什麼，只知道溫度是反映了一個物體的冷熱程度！其實溫度的本質代表的是微觀物質運動的劇烈程度。我們知道，所有的物體都是由最基本的分子，原子構成的。而這些粒子無時無刻都處於運動中的，既然它們都在運動，那麼就有運動的劇烈程度之分！微觀粒子運動地越劇烈在宏觀上就體現出溫度越高。
  • 絕對零度是最低溫度？絕對零度也可以突破。最高溫度又是多少
    既然可以看作是動能的體現，那麼分子的運動速度有最大值和最小值，因此就有了最高溫度和最低溫度之說。1.最高與最低溫度最低溫度最低溫度很多人都聽說過，是0K（開爾文），也就是絕對零度-273.15℃。這一溫度下，也是分子平均運動動能最低之時，此時分子可以視為靜止不動。
  • 絕對零度和普朗克溫度是怎麼測出來的?
    另一方面，理論上最高的溫度非常高，那就是高達1.4億億億億度的普朗克溫度。那麼，為什麼理論最低溫和理論最高溫相差如此之大呢？這兩個溫度又是怎麼測出來的呢？溫度的由來絕對零度的由來當粒子的熱運動完全停止時，溫度就會降到最低點——絕對零度，不會有比這更低的溫度。不過，粒子的熱運動是永不停歇的，這意味著絕對零度只是一個理論極限，現實中無法達到。因為一旦粒子停止運動，其位置和速度就變成了一個確定的值，這與量子力學中的不確定性原理相矛盾。既然絕對零度是一個理論數值，它的大小又是怎樣測出來的。