aizixun8 发表于 2025-4-20 17:04:32

太空的温度-太空温度是冷还是热-太空温度为什么那么低

科学界主流观点认为,我们的宇宙起始于一个极其致密的“奇点”。在宇宙诞生的首个瞬间,其温度约为 1.x×10³² K(开尔文),此温度被称作“普朗克温度”,一般被视为宇宙中最高的温度。那么,宇宙中最低的温度是多少呢?

理论上,宇宙中最低的温度是 0K,若换算成我们熟悉的温标单位,那就是零下 273.15℃(摄氏度),此温度被称作“绝对零度”。仅从数字层面来看,我们便能知晓“普朗克温度”的可怕之处,与它相比,零下 273.15℃似乎显得很平常,但实际情况并非如此。

零下 273.15℃是极为可怕的。在这个温度下,一切都会停止。时间和空间在此也将失去它们原本的意义。

温度本质上指的是一个系统中微观粒子运动的激烈状况。一个系统中微观粒子的运动越剧烈,其温度就越高;反之,微观粒子的运动不那么剧烈时,温度就越低。

当我们提及一杯水的温度较高时,意味着这杯水中的水分子的运动较为剧烈。倘若我们的手不慎接触到这杯水,那么这杯水中的水分子就会把自身的一部分动能传递到我们的手上。在这种情况下,我们就会有被水“烫”到的感觉。

当说一杯水温度很低时,意味着这杯水中水分子的运动较为缓慢。在此情况下,若把手伸进这杯水中,构成手的微观粒子的部分动能会被水分子吸收,我们就会觉得这杯水是“冷”的。

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某个系统中所有微观粒子都处于静止状态时,显而易见的是这个系统的温度达到了最低。实际上,此时该系统的温度就是绝对零度,即零下 273.15℃。

一个系统只要有一点点能量和热量,就不会出现“所有微观粒子都处于静止状态”。也就是说,当系统温度达到零下 273.15℃时,系统中的一切都会静止,没有能量,没有热量,没有运动,也不会有任何变化,且会一直持续下去(假设没有外界干扰)。

这意味着,若宇宙的温度达到零下 273.15℃,宇宙中的一切就会从此开始永恒静止。在这种情形下,时间和空间都会失去意义。这就是零下 273.15℃的可怕之处。

值得一提的是,宇宙诞生后一直在降温。从目前的观测数据来看,宇宙的平均温度已降至 2.7K,即零下 270.4℃。可以预见,宇宙的温度在未来会进一步下降。因此,我们就有了一个问题。

宇宙的温度最终会不会下降到零下273.15℃?

已知的情况表明,宇宙中自然存在的最低温度出现在“回飞棒星云”中。“回飞棒星云”距离我们约 5000 光年,位于半人马座方向,有两个较为对称的圆锥形结构。科学家观测和分析“回飞棒星云”中一氧化碳的热辐射所释放的电磁波,算出该星云的温度低至 1.15K,即零下 272℃。

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(上图为哈勃太空望远镜拍摄到的“回飞棒星云”)

在人类的实验室里,能够创造出比“回飞棒星云”更低的温度。过去,专门研究极低温物理的冷原子物理学家们,借助激光、磁场等技术手段,已经成功创造出了“nK”量级的温度,要知道 1 nK 等于 0. K,也就是零下 273.℃。

上图展示的是铷原子在 170 nK 温度下形成的玻色 - 爱因斯坦凝聚,这项研究在 2001 年荣获了诺贝尔物理学奖

可以看到,上述温度与零下 273.15℃很接近。然而,却无法达到这个温度点。这是因为在任何系统中,都存在着各种各样的能量和热量。这些能量和热量能够相互转换,但永远都不可能无缘无故地消失。

一个系统只要有能量和热量存在,哪怕只是一丁点,就无法达到零下 273.15℃。所以可以说,任何降温过程都只能不断地向零下 273.15℃靠近,却永远无法达到。宇宙的降温过程也不例外。

今天就先讲到这里啦。欢迎大家关注我们哦。我们下次再相见。
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