宇宙中絕對零度存在嗎(從絕對零度到1億億億億度,宇宙最低溫到宇宙最高溫,你都知道嗎)
對于我們普通人來說,溫度的差別不過是零下十幾二十度的嚴冬到零上三十度的夏日之間的變化。但是在這個宇宙中,溫度的變化可以令你瞠目結舌。從宇宙最低溫到宇宙最高溫,你都知道哪些?
宇宙最低溫
毫無疑問,絕對零度就是宇宙的最低溫度。用熱力學表示就是0開爾文(0K),用溫度表示就是-273.15℃。
很顯然,絕對零度是一個目前不可能達到的理想狀態,我們只能盡全力接近這個溫度。從微觀意義上來講,絕對零度意味著微觀粒子全部停止自由移動,這是我們目前完全做不到的。正因為粒子不作任何運動就是動能最低的狀態,沒有比不動還低的動能狀態,因此絕對零度是不可突破的。
500皮開爾文
皮是10的-12次方,500皮開爾文就是5*10^-9次方開爾文,已經非常接近絕對零度了,而這也是人類迄今為止創造出來的最低溫度。來自美國、德國、奧地利等國家的國際科學家團隊首次創造了這樣的成績,這也是人類歷史上首次將溫度降低到1納開以內。
1開爾文
這是人類在宇宙中觀測到的最低溫度,來自于距離地球5000光年的旋鏢星云。旋鏢星云的中心是進入到演化末期的恒星,這種恒星會將物質拋射到宇宙空間,形成巨大的星云。由于膨脹速度極快,導致整個星云的溫度急劇降低,只比絕對零度高了1K。
2.7開爾文
雖然恒星普遍溫度驚人、行星的溫度也相對適宜,但是畢竟宇宙中絕大部分空間都是相當空曠、沒有什么天體的。在這種情況下,宇宙整體的平均溫度其實低得令人震驚,只有2.7K,也很接近絕對零度,這個數字是科學家們通過宇宙微波背景輻射探測到的。這是宇宙今天的平均溫度,如果一會看到宇宙最高溫度,恐怕你會驚掉下巴。
4.2開爾文
在這個溫度下,水銀就會變成超導體,也就是傳導電流時電阻為零。超導體是一種非常特殊的導體,而4.2K的水銀恰恰在1911年成為了人類第一次發現的超導體。超導體對于人類的發展至關重要,但就像水銀一樣,人類已知的絕大部分超導體都需要極低的溫度才行。
近些年來,科學家們在常溫超導體方面不斷取得突破。2020年10月,美國科學家宣布實現了15℃下的常溫超導體,但所需壓強非常高。常溫超導體投入使用,還需要一段時間的研究。
178.45開爾文
在地球上,沒有什么地方比南極更冷了。由于常年沒有直射的陽光,廣袤的冰川又會將大部分陽光反射掉,因此南極的溫度低得驚人。迄今為止,人類記錄下的地球最低自然溫度就是在南極點測得的-94.5℃,也就是178.45K,不知道這個紀錄何時會被打破。
273.15開爾文
也就是0℃,相信大家也并不陌生,那就是水冰的凝固點。當然這里要有一個限制條件,那就是在1個大氣壓的情況下,因為不論是冰的熔點還是水的沸點,都會隨著壓力的變化而變化。
310.15開爾文
即37℃,是人類的正常體溫,不過根據體質的不同,也會有一些小范圍的波動。不論是高于正常體溫還是低于正常體溫,對于細胞都會有所損害,導致人體受到威脅。1980年的時候,有一位美國人因為中暑發燒達46.5℃,24天后退燒,這是人類幸存下來的最高體溫紀錄。另外,人類幸存的最低體溫紀錄是13.7℃,但這些都屬于奇跡,一般人是承受不了的。
329.85開爾文
56.7℃,這是有記錄以來地球最高自然氣溫,出現在1913年7月10日的美國加州死亡谷。1922年的時候,利比亞阿茲齊亞地區曾經有過58℃的極限高溫紀錄,但是后來被懷疑極有可能是虛假數據,最終連申請的吉尼斯世界紀錄也被取消,56.7℃仍是目前公認地球最高氣溫。
373.15開爾文
也就是100℃,也就是水的沸點。同樣的,這也是要求在1個標準大氣壓下。我們平時家里用的壓力鍋,正是因為高度密閉導致鍋內壓力極高,從而使得水超過了100℃還不沸騰,從而以更高的溫度燉煮食物使其快速熟爛。在自然環境下,海拔越高的地區空氣越稀薄,大氣壓越小,在高原地區,水甚至在70℃就開始沸騰了。
1570萬開爾文
這是太陽核心區域的溫度,正是在這樣恐怖的溫度以及超高的壓力配合下,氫才會被迫擠壓到一起聚變成氦,從而使得太陽能夠發光發熱。到了太陽表面,溫度就低得多了,大約是5500K,但同樣非常驚人。
100億開爾文
大質量恒星在進入到演化末期的時候,核心處就會達到這樣恐怖的溫度。這樣的恒星在死亡時會非常劇烈,也就是變成我們熟知的超新星。超新星釋放的能量非常驚人,其亮度甚至可以超過一個星系,最終核心會坍縮形成一個中子星或者黑洞。
5.5萬億開爾文
說起來你可能不信,但這是人類目前制造出來的最高溫度。按說這樣的溫度足以毀滅一切,但由于它只是出現在量子領域,所以并沒有傷害我們。2012年的時候,歐洲科學家利用大型強子對撞機中通過高能粒子對撞的時候制造出了持續了僅僅一瞬間的5.5萬億開爾文的恐怖高溫。
如果考慮到宏觀層面上、持續時間相對可觀的條件,那么人類創造的最高溫度是大約1億開爾文,也就是所謂的人造太陽。在這個溫度下,我國科學家制造的人造太陽可以穩定運行100秒,韓國科學家在2020年12月創造20秒的成績,但都遠遠不足以投入實際生產使用。
10^32開爾文
1的后面有32個0,你知道這是一個怎樣的數量級嗎!算下來,這就是1億億億億開爾文!這樣的恐怖溫度真的僅僅出現了一瞬間,而且恐怕永遠也不會再現,它就是宇宙大爆炸一瞬間的溫度。
宇宙誕生之前,所有物質都集中在一個奇點內,沒有任何體積,所以密度無限大,溫度也無限高。然后,由于一個未知的原因,這個奇點發生了大爆炸,釋放出了所有的物質和能量,在宇宙大爆炸的一瞬間,溫度大約是1.4億億億億開爾文。從此宇宙開始不斷降溫,到了今天降溫到僅僅2.7K。