宇宙的溫度達到了多少度？聽完科學家的解釋恍然大悟

2020-08-10 科學探索007

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。

如此多的不同溫度，讓我們認知到這個世界，這個宇宙完全就是一個溫度的世界，任何地方，任何物質都會有自己一個溫度。包括智慧生命人類，自身也有一個溫度，那就是37攝氏度左右。當外界的溫度遠低於或遠高於這個溫度的溫度，人體就會感到不舒服，甚至危及到生命。

既然宇宙每一個天體，每一種物質都有自己的溫度，那麼作為浩瀚的宇宙空間溫度達到了多少度呢？可能很多人覺得，宇宙有大量的恆星存在，而恆星又是一個強大的熱輻射能源，所以宇宙在如此多的恆星加持下，溫度應該是比較高的，那麼事實真的如此嗎？


想要搞明白這個問題，我們就需要對溫度的本質有一個簡單的了解。現代科學研究發現，溫度的本質其實就是粒子的熱運動。我們從宏觀的層面很難搞清楚溫度是如何變化的？它變化的本質是什麼？可是當我們走進微觀世界，你會清晰地看到物質的分子熱運動。

當分子的熱運動不斷加劇的時候，溫度也在不斷升高，相反當分子的熱運動不斷減弱的時候，溫度也在不斷降低。而分子的減弱程度有一個極限，那就是靜止不動。當分子靜止不再運動的時候，溫度也就達到了最低的極限，我們稱之為絕對零度，即零下273.15攝氏度。

不過，根據量子力量學的不確定性原理，分子的運動不可能完全靜止下來，它始終會處於運動當中。所以絕對零度只是一個可望而不可及的理論極限值。現在我們明白了，原來溫度想要真正體現出來，是需要大量粒子存在的。如果一個空間中沒有粒子，那麼溫度也就無法體現出現，在這樣的空間中討論溫度的高度其實是沒有任何意義的。


這個時候，可能很多人想到了宇宙真空，在很多人的認知裡，宇宙是一個真空存在的空間，即然是真空，那就沒有粒子存在，所以宇宙是沒有溫度表現的。那麼事實是如此嗎？其實這種認知是不對的，雖然我們經常稱呼宇宙為真空狀態，但是宇宙卻並不是完全沒有物質，粒子的存在，只是非常稀疏而已。

雖然太空中缺乏物質，但是並不缺乏能量輻射，也就是光。既然宇宙有物質粒子存在，有熱輻射存在，那麼太空中怎麼也會有溫度。我們都知道，宇宙有無數的恆星存在，但是相對於更加浩瀚的宇宙空間來說，恆星與恆星之間的平均距離達到了數光年以上。

由此可見，宇宙是真的非常空，雖然有無數的恆星光源，但是整個宇宙背景仍然是黑暗的存在。由於宇宙的空曠，即便有數不盡的恆星在發光，但是仍然不足以讓整個宇宙變熱。即使是在一個恆星系中，由於宇宙空間粒子的密度極小，分子能夠進行的熱運動非常非常弱，所以恆星系中的空間溫度也是非常低的。


而在浩瀚的宇宙中，星系空間才是佔了主要位置，恆星與恆星之間有星際空間的存在，而走出銀河系之後，更是有著更加空闊的大星際空間存在，那裡異常寒冷和黑暗。可能你走上幾百萬光年，都見不到一點光源。這就是可怕的宇宙星際空間。

現在我們知道了，宇宙由於物質的密度極小，同個單位空間內，可能只有一個或幾個粒子的存在，所以宇宙是一個寒冷的空間。那麼宇宙的溫度到底低到多少呢？而要弄明白這個問題，我們還要了解主導宇宙溫度的到底是什麼？可能很多人認為是恆星，其實這種認知是不完全正確的。

我們都知道，宇宙來源於138億年前的奇點大爆炸。當宇宙大爆炸發生之後，誕生了一種非常古老的光，這種光就是我們現在所稱的宇宙微波背景輻射。而正是這種光決定了宇宙的平均溫度。


我們都知道宇宙最初只是一個擁有無限溫度和密度的奇點，當它發生大爆炸之後，就開始快速膨脹，同時誕生了時間和空間，也誕生了溫度。剛剛大爆炸後的宇宙由於非常小，物質和能量都集中在一個非常小的範圍內，所以當時的宇宙溫度非常高，達到了一億億億億攝氏度。

隨著空間的快速膨脹，物質開始不斷向外擴散，密度在不斷降低，宇宙也開始迅速降。在宇宙大爆炸之後1秒時，宇宙的平均溫度降為100億度。最初的宇宙是不透光的，因為光子不斷與帶電粒子相互碰撞，無法自由傳播。到了宇宙大爆炸後38萬年，空間膨脹到足夠大的範圍，宇宙溫度下降到2700度，光子才變得自由，並且擴散到宇宙中的各個角落。

138億年過去了，宇宙空間也由最初的奇點膨脹為現在不知道跨越達到了多少光年範圍。最初宇宙大爆炸誕生的那些光子也分散到了宇宙的各個角落，這些光已經成為不可見光，以另一種形式擴散到整個宇宙空間，也就是我們現在所知的微波背景輻射。


根據威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）在9年裡的觀測結果，目前宇宙微波背景輻射的溫度比絕對零度高了大約2.73度，相當於-270.42攝氏度，這就是整個宇宙的平均溫度。宇宙微波背景輻射的發現非常關鍵，這是宇宙當年經歷過超高溫的一大證據，有力地支持了宇宙大爆炸理論。

當然，由於人類現在的科技相對於宇宙來說，還是非常落後，所以我們對宇宙的認知也是非常有限的。而且有關宇宙的很多理論，現在也無法得到足夠的證據來支持。很多宇宙理論都只是一種猜測，想要讓猜測成為現實，就需要我們有更強大的科技實力去不斷尋找證據。

而要做到這些，人類要真正成為星際文明才有希望。那個時候，我們對於宇宙的研究探索就不僅僅是通過天文望遠鏡的模糊觀測，而是可以通過星際穿梭，快速到達目標位置，近距離得到真實的觀測數據。我們期待著這一天的到來。


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