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。我們可以簡單的理解為,當物體內部所有粒子的運動都停止了,就達到了所謂的「絕對零度」,也就是熱學力中定義的 0 開爾文(K),0K 約為 -273.15 攝氏度。
顯而易見的,絕對零度就是溫度的下限,因為只有所有的粒子都「不動」了,才可以達到這個溫度,在這種狀態下,任何能量的擾動都可能使粒子重新開始運動,從而導致溫度上升。而在宇宙中能量是無處不在的,根據能量守恆定律,能量只會互相轉換,但絕不會消失,也就是說任何物體內的能量都不可能為零,因此絕對零度是不可能達到的溫度。
那麼既然溫度的下限為絕對零度,那麼溫度會有上限嗎?宇宙的最高溫度是多少?
科學家們普遍認為在我們所處的宇宙中,極限的高溫就是宇宙大爆炸的第一個普朗克時間(最小的時間單位)所具備的溫度,即 1.416833 x 10^32 K,這個溫度又被稱之為普朗克溫度。之所以這樣認為,是因為在宇宙大爆炸的第一個瞬間裡,整個宇宙的全部能量都集中在一個「奇點」,它也就代表了整個宇宙能產生的最高溫度。
但從理論上來講,普朗克溫度並不能說是溫度的上限,通過前面的介紹,我們可以知道當一個物體內部粒子的運動速度達到了極限,這時的溫度也就相應的達到了極限。我們都知道光速是速度的極限,那麼與之對應的,當一個物體內部的粒子的運動速度達到光速的時候,這時它的溫度才能被稱之為上限。
根據相對論效應,一個有質量的粒子是不可能達到光速的,當它的速度接近光速的時候,它的質量會無限的增加,相應的它所攜帶的動能也會無限的增加。而一個粒子運動的激烈程度是與它自身的動能是成正比例關係的,所以只要有能量持續的輸入,那麼一個物體的溫度是沒有上限的!
但是所謂的無上限的溫度只是理論上的東西,實際上我們還是要尊重已知的事實,即在我們所處的宇宙中,溫度的下限為絕對零度,它不可能達到,只能無限的接近。而宇宙中的溫度上限則為普朗克溫度,這是本宇宙所能產生的最高溫度。
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