無論是生活在北方還是生活在南方,今年的冬天應該是近五年來最冷的一次,一波寒潮剛過去沒多久,另一波寒潮又來襲,前幾天北京的氣溫還跌至零下20攝氏度,而同時間的北極溫度也才零下27攝氏度。但這還不是地球最冷溫度,更不是宇宙最冷溫度。那麼宇宙最冷溫度是多少度?這一溫度的出現將意味著什麼?
溫度的本質是什麼?
溫度是表示物體冷熱程度的物理量,從微觀方面來看,溫度是物體熱分子劇烈程度的反映。在人類意識到溫度與微觀領域的粒子運動有關之前,普遍認為環境溫度的變化與氣候、地理位置等因素有關,而生命體內的溫度與新陳代謝有關。在熱力學發展起來之後,科學家嘗試從微觀角度去解釋溫度的發生,結果發現分子的運動就會產生溫度。
一般情況下,分子都在做無規律運動,運動的速度越快,反映到宏觀方面就是溫度升高。以生活中的常見現象為例,水加熱後溫度會升高,升高到一定程度會沸騰,這時候水分子運動的激烈程度最高。這是因為外界的熱量傳輸給水分子,讓水分子有動能進行速度更快的運動。總而言之,溫度就是物體分子熱運動的宏觀體現,只要分子有運動,就會有溫度。
宇宙中最冷的溫度是什麼?
宇宙最冷溫度是物理學家威廉·湯姆遜·開爾文在1848年提出的一個熱力學概念——絕對零度。開爾文將絕對零度定義為熱力學中最低溫度,後人為了紀念開爾文在熱力學方面的卓越貢獻,不僅將他的名字“開爾文”作為溫度計量單位,還將0開爾文定義為絕對零度。根據定義,絕對零度下任何基本粒子的動能都為零,簡而言之就是都會停止運動。
那麼絕對零度到底有多冷呢?根據單位換算關係,0開爾文相當於零下273.15攝氏度,這個溫度聽起來並不是很大,但目前人類還無法創造這種溫度的環境,在宇宙中也尚未發現存在絕對零度的地方。物理學理論指出,運動是絕對的,靜止是相對的,因此絕對零度目前還是個理論值,無法在現實中實現。
既然宇宙的最冷溫度有一個理論值,那麼絕對最高溫度又是多少呢?對此許多天文學家認為,宇宙溫度有下限,但是沒有上限。太陽作為太陽系內的最大熱源,其內部的表面溫度超過5000攝氏度,內部溫度更是達到上萬攝氏度,但宇宙中比這還高的溫度比比皆是,甚至連人類也能夠營造出超高溫環境。
根據吉尼斯世界紀錄,目前人類在地球上所創造的最高溫度達到了4萬億攝氏度,是由布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機產生的。據瞭解,這一溫度比太陽核心溫度還要高出25萬倍。該溫度的產生印證了分子熱運動理論,即通過離子的對撞運動可以產生比分子熱運動更高的溫度。
絕對零度意味著什麼?
上文講到了,溫度是分子熱運動程度的象徵,而絕對零度意味著任何分子都停止運動了。這一理論與“絕對的運動”相違背,因此無法在宇宙中找到絕對零度的物質。這裡不妨假設宇宙中存在絕對零度,那麼會發生什麼情況呢?微觀領域的粒子運動是無規律的,而且宇宙空間無限寬廣,只要有一處空間發生了分子運動,該運動就會擴散到其他空間。
因此如果宇宙中真的有一個區域存在絕對零度,那麼該絕對零度存在的時間也不會很久,因為該區域之外的分子運動很快就會擴散到那裡,從而打破原來的絕對零度環境。如果絕對零度遍佈整個宇宙,又意味著什麼呢?這說明宇宙已經陷入無限靜止,就像一個生命體失去了生命一樣。
從某種程度來講,時間和空間都是相對概念,只要運動存在,就能證明時間和空間的存在。一旦整個宇宙都陷入了絕對零度的困境中,那麼時間和空間也失去了意義。據瞭解,已經有科學家在宇宙中發現一切物質“空洞”的區域,這些區域中的分子運動極其稀少,平均溫度可能在零下270攝氏度左右。
宇宙的最終結局會是絕對零度嗎?
從目前的研究來看,絕對零度只能靠近,而不能達到,否則宇宙的一切將終結,那麼絕對零度會是宇宙的最終結局嗎?認同這一觀點的科學家指出,雖然宇宙看起來一如既往地熱鬧,但它的平均溫度在不斷下降。自從宇宙大爆炸之後,宇宙的熵一直在增加。熵是物質混亂程度的衡量,這說明宇宙在朝著越來越混亂的方向發展。
物質越混亂,物質的溫度不應該越高嗎?實際上這裡的混亂指的不是分子運動的混亂,而是物質的排序混亂,經研究這是分子運動速度減慢造成的。和“宇宙最終的結局是絕對零度”相反的觀點是,宇宙將在再一次的爆炸中消亡。因為宇宙中的黑洞在不斷地成長,它雖然毫無節制地吞噬其他星球,但這種吞噬應該是有個度的,一旦超過了這個度,就會爆發。
相比起第一種觀點,第二種觀點的解釋性較低一些,因為人類目前對黑洞的瞭解並不多,很多理論都基於有限的研究進行推理的。除此之外,還有觀點認為我們所存在的宇宙最終會像泡泡一樣分化成多個宇宙。這種觀點指出,我們的宇宙原本就是最原始宇宙的一個“分身”,即平行宇宙中的一個,這樣的宇宙通過分化又可以形成多個平行宇宙。
估計有讀者看完以上的論述之後會認為,這小編淨在那裡胡扯,說一些毫無科學依據的話。但仔細想想,我們的科學又能夠解釋多少宇宙現象?可能連地球的起源都無法確定。科學的可能性是無限的,但我們目前的水平是有限的。