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宇宙存在绝对零度,那么有没有最高温度呢?

来源: www.zhongliu365.com 时间:2018-03-03 奇闻指数: 编辑:刘杨 手机版

理论上,既有最低的温度,又有最高的温度。物体之所以会产生温度,本质上是因为组成物体的粒子不停地做热运动,这种运动越剧烈温度则越高。那么,当粒子不再做热运动时,温度就会达到最低,即-273.15 ℃(0 K),此时的温度被称作绝对零度。不过,这个理论最低温是无法达到的,这受到了量子力学的限制。根据海森堡测不准原理,我们没有办法同时测出一个粒子的位置和速度,如果粒子停止热运动则会违反这一定律。那么,绝对零度又是如何得到的呢?

绝对零度不是直接拿温度计测量出来的,因为本身也无法达到绝对零度,这个温度的大小最初是从理想气体定律中推导出来的。根据盖-吕萨克定律,对于一定量的理想气体,如果保持气体压强恒定,体积V和温度T呈正相关,即体积越小,温度越低。由于这种关系是一种线性关系,通过测量几组体积和温度的关系,可以根据最小二乘法拟合出直线方程,如下图所示:

然后再把这条直线外推到坐标轴上,就能计算出绝对零度的大小。

此外,类似于盖-吕萨克定律,还有查理定律。根据查理定律,对于一定量的理想气体,如果保持气体体积恒定,压强P和温度T呈正相关,即压强越小,温度越低。同样地,通过查理定律也能推导出绝对零度的大小。

至于为什么温度会存在一个理论最大值,这是因为粒子的运动速度不可能无限增加,狭义相对论指出光速是粒子运动速度的上限。基于这一原理,推导出的理论最高温度为普朗克温度,约为1.4×10^32 K。

温度是粒子平均动能的标度,写成公式是:Ek =?mv?=3×?kT。1个真空涟漪的速度是光速,即v=c,如果温度T=0,则m=0,这不可能,宇宙中不存在没有质量的粒子。

▲热寂时粒子停止运动v=0就是绝对零度。

设1个电子在最高温度速度几乎达光速,即v≈c,电子最高温度是:T=mc?/3k=9.1e-31×9e16/(3×1.38e-23)=2e9K,即20亿度。

▲氢弹爆炸的温度不超过1亿度。

设1个质子或中子在最高温度速度几乎达光速,即v≈c,质子最高温度是:T=mc?/3k=1.73e-27×9e16/(3×1.38e-23)≈4e12K,即4万亿度。这应该是不可逾越的最高温度。

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