宇宙中最高的温度是多少?最低温度是多少度?
为了解答这几个问题,首先要了解一下温度的本质。表面上,温度表征物体的冷热程度。本质上,温度表征物体的组成粒子的热运动剧烈程度。
物质可能的最低温度
理论上,当所有的粒子停止运动时(处于量子力学的最低点),物体将会达到可能的最低温度,即绝对零度。绝对零度在开氏温标上表示为0 K,在摄氏温标上表示为-273.15 ℃。
然而,为了达到绝对零度,不仅需要原子停止运动,而且还包括原子的所有组成。绕原子核运动的电子需要停止运动,原子核中的质子和中子需要停止相互作用,夸克以及任何更基本的结构都要停止活动。由于量子力学效应,这是不可能的,所以绝对零度无法达到。从另一方面看,任何空间中都存在能量和热量,必然会与物质进行交换,所以绝对零度只能无限逼近,不可能达到。
目前,通过激光冷却和磁蒸发冷却技术,科学家获得的最低温度达到了100 pK(10^-10 K,−273.149999999900 ℃)。物质在这种极低的温度下将处于玻色-爱因斯坦凝聚态,它们会表现出奇特的行为,例如,超流动性和超导现象。
物质可能的最高温度
物质可能的最高温度为普朗克温度,其值约为1.417×10^32 K。由于粒子的运动速度上限为光速,所以当粒子速度接近光速时,物体的温度接近普朗克温度。如果温度超过普朗克温度,物理定律将不复存在。
目前,通过大型强子对撞机的粒子对撞实验,科学家获得的最高温度为10万亿开尔文,尽管这个温度比太阳的中心温度高了60万倍,但仅为普朗克温度的一千亿亿分之一。