宇宙最高温度为1.4亿亿亿亿℃,为何最低温度为-273.15℃?( 二 )


很多人不明白 , 绝对零度既然是一个理论数值 , 它的大小又是怎么测出来的呢?这主要和查理定律有一定的关系 。 查理定律表示 , 任意一种理想气体 , 只要体积恒定不变 , 其压强和温度之比就会是一个常数 。 因此 , 科学家们只需要在正常情况下测量出多组压强和温度的参数 , 自然就能够得到一个相关的直线方程 。 将这个方程不断的延伸推导 , 绝对零度的大小自然就能计算出来了 。
除此以外 , 根据热力学第三定律显示 , 绝对零度绝对不可能出现在现实之中 , 只有可能无限的逼近 。 因为在宇宙的任何空间中 , 都必定会有能量和热量的存在 , 不断的进行着转化 。 以智利天文学家发现的宇宙最冷之地“回力棒星云”为例 , 这里的温度为-272℃ , 同样没有达到绝对零度 。
科学家们推测 , “回力棒星云“之所以和绝对零度还有一定的温度差 , 主要是由于宇宙大爆炸残留至今的热度 。 至于未来温度是否会进一步降低 , 科学家们则认为不太现实 。 一方面是在这个温度下 , 原子运动已经几乎停止 , 对外作用的影响力也完全可以忽略不见 。 另外一方面则是因为越是接近绝对零度 , 降温的难度就越高 , 任何外力的干涉都可能让温度不降反升 。
那么人类真的没有任何方式改变这种现有规则了吗?答案同样是否定的 。 来自慕尼黑大学的物理学家乌尔里奇·施耐德就曾提出过一种设想:我们人类所感受到的温度是粒子处于某个能量状态下的具体表现 , 其中大部分粒子能态平均 , 少数粒子则聚集在更高能态上 。 理论上 , 如果将这两种粒子位置颠倒 , 温度自然就会发生变化 。
这种将粒子具象化的想法其实很容易理解 , 以我们地球为例 。 假设将地球的两极调整到如今赤道所在的地球轨道上 , 那么地球的表面温度自然也会发生极大的变化 。 只不过在施耐德教授的设想之中 , 温度变化主要来自内部的粒子变化 , 而地球表面温度的调整 , 则主要是因为太阳光照的影响 。
量子力学研究对于这种猜想 , 2001年诺贝尔物理学奖的获得者沃尔夫冈·克特勒深表赞同 。 在他看来 , 现实生活中虽然不可能出现绝对零度 , 但磁场系统中或许就存在负绝对零度 。 为了验证这个猜想 , 科学家们利用超冷量子气体进行了实验 。
借助激光以及磁场的帮助 , 科学家们让单个原子保持晶格排列 。 正常温度下 , 原子之间的排斥力表现得十分稳定 , 晶格排列结构也没有受到任何影响 。 可在实验过程中 , 科学家们迅速改变磁场方向 , 让原本的排斥力变成了吸引力 , 导致不同能态的粒子位置发生变化 。 最终 , 原子表现出的温度和之前温度刚好成绝对值 , 这也证明了乌尔里奇·施耐德的猜想是正确的 。
整个实验过程看起来似乎十分简单 , 可实际难度绝对超过了人们的想象 。 首先是粒子的逆转状态本身就是不稳定的 , 我们很难做到让左右粒子都在磁场的影响下前往和之前相对的位置;其次是在转变过程中 , 原子会逐渐向内塌缩 , 如果没有及时准确的调整激光位置 , 那么实验最终也同样会走向失败 。
在一个原子之中 , 实验尚且还有如此多的不确定因素 。 将实验对象放大到整个宇宙空间以后 , 这种不确定因素显然会更多更复杂 。 可与此同时 , 很多人也会想象 , 根据上个世纪五十年代物理学家们提出的平行宇宙的观念来看 , 是否会有量子存在状态完全和我们当前宇宙相反的宇宙 。 在这个宇宙中 , 温度的表现就和我们完全不同 。 其温度最高为273.15℃ , 而绝对零度则是-1.4亿亿亿亿℃ 。
事实上 , 温度的对立可能存在 , 基于这种温度环境的宇宙自然也可能存在 。 只不过具体表现究竟会是什么样的 , 我们谁也无法想象 。 科学家们推测 , 这种位置完全颠倒 , 呈对立状的粒子分布 , 很有可能和我时常听到的暗物质有一定的联系 。 如果人类能够彻底搞清楚两者之间的关系 , 对未来研究暗物质就必然会有很大的帮助 。
相对论的推论事实上 , 有关为什么宇宙温度上限和绝对零度有如此巨大的差异 , 爱因斯坦在狭义相对论中也提出过猜想 。 狭义相对论提到:有质量的粒子运动速度不可能达到光速 , 只可能无限的趋近于光速 , 可这并不意味着这些粒子本身的动能不会无限增加 。
这句话的意思是说 , 随着粒子速度的不断增加 , 粒子动能也会不断增加 , 所以物体温度也会无限升高 。 现如今宇宙温度虽然没有达到无限高 , 但宇宙模型中所记录的1.4亿亿亿亿℃的温度绝对是真实存在的 。

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