你知道宇宙中最低溫度是多少嗎

2020-09-06 中工網

2020-09-07 05:23:55 來源：科技日報

原標題：入秋後涼意襲來 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎

初入九月，部分地區已經開始逐漸變涼。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。

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？

半人馬座旋鏢星雲 NASA

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。溫度越低的恆星，顏色越偏紅，例如紅矮星表面只有兩三千攝氏度，比鄰星就是如此；溫度越高的恆星，顏色越偏藍，例如藍超巨星的表面可達數萬攝氏度。

通過光譜測量，天文學家能夠知道恆星在不同波長上輻射的光線強度，並且按波長畫出輻射強度的分布曲線。一般來說，曲線的峰值波長(也就是輻射強度最大處的波長)決定了恆星的顏色。例如，太陽輻射的波峰在555納米，為黃色。不同溫度的恆星具有不同的峰值波長和分布曲線，從熱輻射規律就能推算出它的表面溫度，我們稱之為有效溫度。天體中還存在非熱輻射過程，例如星系團內熱氣體的熱韌致輻射，它們的溫度可以用其他方法獲得。

恆星中心的溫度要比表面高得多，是宇宙中最熱的地方之一。我們地球內部的溫度大約為6200開爾文(以下簡稱開)，比太陽表面溫度(5800開)略高一點，但是太陽內部的溫度高達1500萬開。質量最大、燃燒最快的恆星，核心溫度可達2億開以上。可與之相比的，是星系團中在各個星系之間瀰漫著的熱氣體。它們往往具有幾千萬甚至上億開的高溫，產生如此高溫的原因可能是被星系中心超大質量黑洞的噴流和星系風等加熱。

除此之外，當天體爆發和碰撞時，也可以達到更高的瞬時溫度。例如大質量恆星死亡時爆發成為超新星，中心和膨脹殼層的溫度可達到數百億開。中子星碰撞的瞬間，外層溫度更可高至幾千億開！宇宙中最重的元素，例如金、鍶、鈾等，就是在這些極高溫過程中產生的。

人類創造的最高溫度，是2012年歐洲的大型強子對撞機撞出的5萬億開超高溫。雖然只有一瞬間，但已經非常驚人了。今年4月，我國的「人造太陽」——「東方超環」首次實現1億攝氏度運行近10秒。

地球5000光年外溫度接近絕對零度

宇宙中的溫度最高能達到多少呢？按照現有理論，宇宙中的最高溫度被稱為普朗克溫度：超過1032開，即1億億億億開。它是最重的微觀粒子以光速運動時所表現出來的溫度，是正常物理過程不可能達到的溫度上限，或許只存在於宇宙大爆炸的那一瞬間。

理論上最低的溫度是絕對零度，也就是0開爾文，即零下273.15攝氏度。當分子的熱運動不斷減弱時，物體溫度就會不斷降低，分子完全靜止不動時，溫度就達到了最低，被稱為絕對零度。不過根據量子力學的不確定性原理，分子的運動不可能完全靜止下來，所以絕對零度實際上是不可能實現的。在實驗室裡，物理學家通過雷射冷卻和磁冷卻手段，可以將稀薄的原子氣體冷卻到絕對零度以上約十億分之一開。2018年國際空間站上的冷原子實驗室甚至將冷原子降溫到了百億分之一開！此時原子移動非常緩慢，可以用來研究超冷原子的特異量子特性。

宇宙中已知的最低溫地區，是距離我們5000光年的半人馬座旋鏢星雲(Boomerang nebula)中心附近，那裡的溫度僅為1開左右。這可能是因為其存在一顆伴星，使得它外層物質的拋射速度達到了正常值的10倍，將溫度降至極值。當然這一低溫只是暫時的，它最終將升至和宇宙微波背景輻射等溫。

有很多文章都提到，太空中每立方釐米最多只有幾個粒子，基本上就是真空，在這裡溫度這一概念也就失去了意義。那麼假如我們把一個理想的溫度計放入太空，讀數會是多少呢？沒人做過這個實驗，所以還沒有確切答案。不過我們可以根據已知的事實和規律做個推斷。

在恆星之間廣袤的星際空間裡，遍布著稀薄的星際氣體和塵埃。它們的數密度極低，像地球體積這麼大的範圍內，所有的星際介質攏在一起還不如一個骰子大。所以幾乎不會有星際介質微粒和溫度計發生碰撞並傳遞能量，溫度計永遠也測不出這些粒子的溫度。但是溫度計自身也是由大量微觀粒子組成的，也會輻射電磁波並損失熱量。它的溫度會慢慢降低，直到最後和宇宙微波背景輻射達到平衡，定格在2.73開。宇宙微波背景，是宇宙大爆炸早期誕生的高能光子，隨著宇宙的膨脹和冷卻，這些光子現在已經被拉長到了微波波段(波長在0.3—75釐米之間)，成為遍布整個宇宙的「背景輻射」。和測量恆星的表面溫度類似，人們測出了背景輻射的光譜分布曲線，求得它的溫度為2.73開。

宇宙微波背景輻射無處不在，在遠離恆星等熱源的宇宙空間中，它的溫度可以視作空間本身的溫度。空間中的其他粒子，例如星系團內的熱氣體等，可以具有極高的運動速度，以溫度衡量其能量的話，可以高達上億開。可見同一片空間中，極低溫與極高溫是同時共存的，可謂名副其實的「冰火兩重天」。當然我們需要從微觀粒子能量的角度來看待這裡所謂的溫度，也不會像觸摸宏觀物體一樣感受到它們的冷和熱。如果把一個小鐵塊放到這樣的空間中，它並不會被融化乃至氣化。實際上基本沒有粒子會撞上鐵塊，它只會緩慢地通過熱輻射降溫至2.73開，那些稀薄的高溫氣體對它毫無影響。(作者系北京天文館研究員)

編輯：肖天

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  • 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。日常生活中，人們發明了各式各樣的溫度計來測量溫度。
  • 入秋後涼意襲來 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎
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  • 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎？
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  • 入秋後涼意襲來，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？天體中還存在非熱輻射過程，例如星系團內熱氣體的熱韌致輻射，它們的溫度可以用其他方法獲得。恆星中心的溫度要比表面高得多，是宇宙中最熱的地方之一。我們地球內部的溫度大約為6200開爾文（以下簡稱開），比太陽表面溫度（5800開）略高一點，但是太陽內部的溫度高達1500萬開。質量最大、燃燒最快的恆星，核心溫度可達2億開以上。可與之相比的，是星系團中在各個星系之間瀰漫著的熱氣體。
  • 你知道宇宙中最低溫度是多少嗎?
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  • 宇宙中最高的溫度是多少?最低溫度是多少度?
    最低溫度：所以理論上，當物體的分子完全靜止的時候，就是溫度最低的時候，科學界對這個溫度有一個專業名詞——絕對零度。根據計算，「絕對零度」的數值為-273.15℃，在此溫度下，物體分子的動能為0，處於完全靜止的狀態，所以這就是溫度的下限，也是一個理論值。
  • 絕對零度是宇宙中的最低溫度,宇宙中的最高溫度是多少?
    溫度是描述一個物體的冷熱程度的物理量，現代物理學告訴我們，溫度的高低取決於物體內部的微觀粒子運動的激烈程度，即粒子運動得越激烈，其溫度就越高。在熱學力中，溫度的單位為「開爾文」，通常用字母 K 來表示，它將絕對零度定義為零點。
  • 理論上溫度有下限,有上限嗎?宇宙中的最高溫度是多少?
    根據這個概念，我們知道了「絕對零度」（0開爾文），它是最低溫度的極限，即：-273,15°C，要達到此溫度是不可能的，只能無限趨近。目前，人類創造的最低溫度僅比絕對零度高0.5納開爾文。但是，你想過嗎？在萬物之中，有最高溫度嗎？
  • 高溫可以無限,低溫最低是-273.15℃?宇宙中最高的溫度是多少?
    19世紀中葉克勞狄和麥克斯威爾·波爾茲曼的統計法則發表了，熱質論支持者認為粒子運動只不過是假設，在這個大棺材上釘上最後一根釘子的是關於愛因斯坦和馬裡安斯·莫倫斯基布朗的論文，從那以後熱質論就被完全拋棄了最低溫度和最高溫度的起源研究表明，物質的溫度取決於原子、分子等粒子的動能。
  • 你們知道嗎?溫度可無限提高,最低溫度卻只能到零下273.15攝氏度
    文/猿飛日月你們知道嗎？溫度可以無限提高，最低溫度卻只能到零下273.15攝氏度每天我們燒水喝水的時候，我們都知道，水溫到了100攝氏度才可以喝，要不然就會因為，水不乾淨而拉肚子，一般來講，我們見過的最高的溫度也就是100攝氏度，對我國南方很多人來講，他們到了冬天，遇到了最低的溫度也就零下五六度，但是你知道宇宙中最低的溫度是多少嗎？
  • 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。
  • 你知道嗎？最低溫度只有-273，但是最高卻有1.4億億億億度
    我們生活在地球上離不開的東西很多，像空氣和水，而溫度也是至關重要的一環。你知道嗎？最低的溫度甚至可以達到.-273，也就是我們通常說的絕對零度，不過不用擔心，一般情況下我們是不會到這個溫度的，那麼宇宙中溫度最高的有多少度呢？今天小編就和大家一起來聊聊有關於溫度的話題。
  • 地球最低溫度是多少?低至零下1000攝氏度的地方存在嗎?
    引言：地球最低溫度能達零下1000攝氏度嗎？科學家搖頭，指出宇宙內最低溫度為-273.15攝氏度，至今沒有事物或區域能達到此溫度，它只存在於理論中。說到低溫，筆者想問大家一個問題：你認為地球最低溫度能達到多少？對於這一問題，相信不同人會給出不同答案，有人認為地球最低溫度能達零下100攝氏度，也有人認為地球最低溫度能至零下1000攝氏度。根據常識，我們知道，地球內溫度較低的兩個區域分別是南極和北極。
  • 探秘宇宙中最低的溫度——絕對零度
    科學中充滿了零：光質量為零、中子的電荷為零、幾何點的長度為零，等等。你可能對這些零可能不熟悉，但它們都遵循一致的邏輯，所有都代表缺乏一定的量：質量，電荷，距離。我們傾向於將溫度視為相對的度量。例如，一杯茶比爐子上的火苗要冷，但比冰塊要熱。「絕對零度」表示宇宙中最低的溫度，這違背了「總會有溫度比這裡更低」的直覺。更奇怪的是，在非科學家使用的溫度計量範圍內，絕對零度甚至不為零。攝氏溫度為 -273.15 度，或華氏 -459.67 度。為什麼會有最低溫度？解碼絕對零度的關鍵是了解溫度到底是什麼。
  • 宇宙中有絕對最低溫度,那有絕對最高溫度嗎?物理學家:當然有
    宇宙間有絕對最低溫度，這是個物理常識。由理想氣體的熱膨脹率為273.15分之1 所以確定絕對最低溫度為攝氏負273.15度，既開氏0度。既然有最低溫度，那有最高溫度嗎？回答這個問題前，先回顧一下溫度的定義。
  • 你知道宇宙最低溫和最高溫會有多少度嗎？
    看了上文你應該也知道了只要讓物質粒子擁有越來越高的速度，那麼它的動能也就越高，相應的我們測量它的溫度就越高由於現實生活中的物質粒子都在低速狀態下運行，所以我們就距離最低溫度比較近，離最高溫度比較遠。並不是的，普朗克溫度1.4×10^32K，指的是宇宙誕生後第一個普朗克時間（10^-43s）宇宙的溫度。 在這個時期，宇宙中所有的能量都集中在一起，擁有著最高的溫度，但是這時的溫度會打破我們現有的物理法則，也就是說我們現在的物理法則在宇宙誕生的時候就會完全失效。