宇宙的溫度是多少?

2020-12-05 天文在線

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溫度與粒子的運動息息相關,當粒子移動的非常快時,我們將迎來高溫,反之則會面對低溫。舉例來說,在物理意義上一團1億度高溫的氣體雲會比一團零下250度低溫的氣體雲要無序得多,因為在熱的氣體中,粒子運動得太快,以至於不能把自己聚集成分子。對於一團氣溫很低的氣體雲而言,信息問題和溫度有直接的關係。這意味著我們人類不可能在1億度高溫的環境中存活。

讓我們來看看太陽的溫度有多高。太陽是一顆優質的恆星,它的表面溫度約6000度。但它內部的溫度可不止如此,太陽內部的溫度高達1500萬攝氏度。在太陽裡面到底發生了什麼呢?在太陽內部,原子核融合在一起後向外輸出伽瑪射線,當這些射線到達太陽表面的頂部時,對應的溫度為6000度。所以太陽內外溫差很大。

太陽風,從太陽中湧出來的非常稀薄的物質,它的溫度有多高呢?有時候它的溫度可以很高,有時候也可以很低。太陽風移動的速度很快,伴隨著高速而來的是高溫,所以如果一個氣體以1000公裡每秒的速度撞向另一個氣體,那麼這相當於大約1億度的高溫。

氣體雲是恆星形成的溫床,那恆星是如果形成的呢?是因為氣體雲的塌縮。而氣體雲的塌縮,需要極度寒冷,所以我可以告訴你們,宇宙中存在著幾乎為絕對零度的氣體雲。它們的溫度真的很底,也正因如此,它們沒有壓力。為什麼呢?因為溫度和壓力是正相關的,溫度低意味著壓力低。重力把雲聚攏在一起,然後拉入之前那個寒冷的氣體雲裡,從而形成了一個非常緻密的物質,它的溫度變得很高,其核心處原子核會融合在一起,恆星就此產生。

在盤狀星系中恆星的速度是多少呢?盤狀星系是旋轉的,顯然大部分的能量用於在恆星的自轉中。這些圓盤的膨脹是很小,也就是說恆星垂直於圓盤的運動要比自轉慢得多。我們所討論的是一個動態冷系統,也就是說如果溫度和速度有關,那麼轉動能就是轉動方向上的溫度,且恆星以每秒220公裡的速度向這個方向移動。這個圓盤很薄。另一方面,恆星垂直於圓盤的速度每秒在10到20公裡之間變化,因此垂直部分的溫度很低。

冷系統是不穩定的,在那裡形成了旋臂。新的恆星將在旋臂中誕生,比如我們地球就非常接近一個旋臂,但沒有真正穿過它。每當一個旋臂形成時,恆星形成的區域就會形成。在橢圓星系中,那會是一團糟,曾經有一次恆星形成引發了大爆炸。所以現在我們有了熱系統,它們是穩定的,沒有恆星形成區。而冷動力系統是不穩定的,新的恆星不斷形成。舉個例子,為什麼我們的銀河系中就有一個動態的冷系統,因為太陽是第三代甚至第四代恆星。

橢圓星系又如何呢?它們是巨大的球體。那它們是如何維持穩定的?圓盤星系通過旋轉保持穩定。橢圓星系是巨大的球體。這些大型橢圓星系中的恆星像蜜蜂在蜂群中的移動方式。它們的速度非常快且整個星系幾乎不旋轉。橢圓星系是動態熱的。

那麼星系團呢?它們的溫度很高,高達1億度,因為它們會發出X射線,為什麼?因為星系團以每秒1000公裡的速度穿越在宇宙中,如果把這些速度轉轉化成溫度,將會得到非常高的溫度。

所有的東西都變得越來越熱,越來越大,現在我們要問的是宇宙本身有多冷?宇宙的冷可以達到難以置信的零下271攝氏度。這個宇宙寒冷且古老。宇宙在不斷膨脹,當宇宙形成30萬年時,它的溫度是4000攝氏度。你想生活在4000攝氏度高溫的宇宙中嗎?你當然不能。宇宙需要降溫,因此恆星之間有了足夠遠的距離,這樣行星才能形成,因為行星只有在有重元素的條件下才能形成。但為此我們需要幾代恆星,所以我們只能在一個足夠冷和大的宇宙中觀察。膨脹使宇宙降溫。但它不僅冷,而且是難以置信的對稱的,因為它發出的輻射就像一個熱動力平衡的黑體。今天的宇宙寒冷且空曠,平均每立方米僅一個粒子且溫度為零下270攝氏度。

我們能在這裡是因為在這個寒冷的海洋裡有島嶼,它很薄以至於你甚至不想去討論它,這其中的部分島嶼級別很高。垂死的比宇宙更有秩序。行星比恆星更有秩序。有生命的比沒有生命的更有秩序且擁有更多的信息。最後,但同樣重要的是,類似我們大腦這樣的結構與其密度和可能的數量級保持著與這個同質宇宙的距離。這意味著它發生的次數多到難以置信,才能使地球這樣的天堂在宇宙中出現,而這一切都與溫度有關!

今天宇宙恰好是這樣的溫度,才能使生物出現在這個宇宙中,而恰恰是因為宇宙如此寒冷,我們才來到這裡。

有人設法使最糟糕的沙漠繁榮起來。唯一仍然堅持抵抗他的是他的大腦!

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.quora- X-inG

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