無限大只是數(shù)學(xué)上的概念,在物理上是有明確的最高溫度和最低溫度

在數(shù)學(xué)上存在著無限大、無限小的這種概念,代表著某種數(shù)值沒有邊界或者無法計量,但無限大、無限小這種概念也僅僅成立于數(shù)學(xué)體系之中,在現(xiàn)實生活中我們很難尋找出一種無限大、或者無限小的數(shù)值,例如宇宙中運動速度最快的是真空中的光速,能量的最小單位是能量子,即h=4.13566743(35)×10-15 eV·s等等,今天這篇文章就和大家聊一聊關(guān)于宇宙中最高的溫度與最低的溫度。

宇宙中最高溫度:普朗克溫度

宇宙中的最高溫度是多少?普朗克溫度就是宇宙中的最高溫度,即1.4億億億億度,可能有讀者就會發(fā)出這樣的疑問:恒星的溫度無非也就是幾百萬甚至上千萬度,這對于人類來說已經(jīng)是無法承受的高溫了,那么這個1.4億億億億度對于人類來說簡直就是天文數(shù)字,人類根本無法去測量,好吧,退一萬步講,即使這個最高溫度是通過測量得出,那么又如何保證宇宙中不會出現(xiàn)某一位置的溫度比這個普朗克溫度還要高呢?

在物理上其實很多的數(shù)據(jù)都不是由直接觀測或者直接測量得出的,因為測量的次數(shù)是有限的,如果想要證明一個物理量是最大或者最小,那么就需要無限次測量去驗證它的正確性,這就陷入了一次死循環(huán),所以很多的限制值都是根據(jù)數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出來的,普朗克溫度的推導(dǎo)過程如下

普朗克溫度代表著量子力學(xué)體系中溫度的上限值,如果溫度超過普朗克溫度的話,那么這個溫度數(shù)值將失去任何物理意義,可能這樣描述普朗克溫度,大家還是會感覺很抽象,那么我就用通俗的語言解釋一下,首先來說溫度是微觀粒子運動劇烈程度的體現(xiàn),微觀粒子運動程度越劇烈,物質(zhì)的溫度就會越高,那么溫度的上限值也就等同于微觀粒子運動劇烈程度的極限值,根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論可以得出,光速是物質(zhì)運動的最快速度,那么當微觀粒子以光速運動的時候,其溫度也就達到了極限,即普朗克溫度,通常來說:物理學(xué)認為宇宙大爆炸那一刻的溫度就是最高溫度。

宇宙中最低溫度:絕對零度

宇宙中的最低溫度是多少呢?絕對零度是宇宙中的最低溫度,即0開爾文,換算成我們常用的攝氏度就是約等于零下273.15攝氏度,當然,絕對零度也并非是測量出來的溫度,是通過理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)出來的,當溫度下降到零下273.15攝氏度時,氣體的體積將縮小到零,在現(xiàn)實生活中,根本不存在體積等于零的物質(zhì),所以零下273.15攝氏度即絕對零度就成為了溫度的最小值,但溫度只能無限趨近于絕對零度,卻永遠不可能等于或者低于絕對零度。

絕對零度只是一個理論值,現(xiàn)實中永遠不可能實現(xiàn)

除了通過公式推導(dǎo),使用微觀粒子的角度也可解釋絕對零度為什么不可能實現(xiàn),上一段提到了溫度的實質(zhì)是微觀粒子的運動劇烈程度,那么溫度越低,就代表著微觀粒子運動越緩慢,那么當溫度達到絕對零度的時候,則意味著所有微觀粒子的運動都將靜止,所有的能量都將消失,但這種假設(shè)只能在數(shù)學(xué)中成立,在現(xiàn)實中根本不存在一個區(qū)域沒有任何運動、不存在任何能量的絕對真空區(qū)域,所以這意味著絕對零度雖然是溫度的下限值,但絕對零度只是一個理論值,現(xiàn)實中根本不會存在,在量子力學(xué)中海森堡測不準原理也可以證明這一點,測不準原理:不可能同時準確的測量出一個微觀粒子的動量(速度)與位置,如果真的可以實現(xiàn)絕對零度,那么意味著微觀粒子的運動處于靜止狀態(tài),我們就可以同時測量微觀粒子的速度與位置,這與海森堡的測不準原理相悖。

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