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1.4億億億億度,為什麼會被科學家認為,是溫度的上限?

科學 科學邊緣

溫度的下限是零下273.15℃,那溫度的上限呢?

1.4億億億億度,為什麼會被科學家認為,是溫度的上限?

美國加利福尼亞州的死亡谷在1913年7月10日達到過56.7℃的高溫,這一溫度也是目前被官方記錄的“最高氣溫”。但和3000℃的地幔,5500℃的地核比起來,人類記錄到的“最高氣溫”顯然不值一提。

此時此刻,距離地球一個天文單位(1.5億公里)的太陽,正在靠著核心的高溫高壓維持核聚變反應,氫元素在太陽核心1500萬℃高溫和3000億個地球大氣壓的環境中不斷釋放鉅額能量,每秒都有200萬噸質量化作光和熱四散在宇宙中,地球僅接受了其中的22億分之一,便繁衍出了世間萬物。

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但太陽在宇宙中還遠遠算不上是高溫的代表

像太陽這樣的中等質量黃矮星,在生命末期往往會生成一顆密度極大的白矮星,這種由原子和原子緊緊排列在一起而形成的天體,核心區域溫度達到了1億℃,而比太陽質量更大的恆星,在生命末期會生成一顆中子星,核心溫度10億℃,理論上存在的“夸克星”如果被發現,核心溫度肯定還會打破10億℃。

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以上這些宇宙常見天體的溫度,基本上就是目前宇宙中的“天然溫度記錄”了,但它們都遠遠比不上人類科學家創造的溫度。

溫度的本質

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在上一篇文章裡我提到過“溫度的本質是粒子運動”,所以粒子運動速度最快的地方就是溫度最高的地方,在宇宙裡這種地方一般是天體核心區域,或者靠近黑洞的吸積盤。

地球上“粒子運動速度最快的地方”是對撞機內部,因此人造高溫記錄也只能出現在對撞機內部。

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在“一般”的對撞機裡,金離子對撞溫度是4萬億℃,而在目前地球上最強大的歐洲大型強子對撞機裡,質子轟擊原子核瞬間的溫度可達10萬億℃,如此高溫下物質已不具備形體,而是以“夸克湯”形式存在著。

但10萬億℃的記錄肯定也會被打破,因為高能物理學家們覺得現有的對撞機功率太小了,所以歐洲大型強子對撞機正在升級,我國也準備耗費巨資建造超級對撞機

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假以時日新的對撞機開機後,飛行速度進一步逼近光速的粒子對撞實驗必將產生新的人造高溫記錄。

那麼人造高溫的征程會像遇到零下273.15℃的絕對零度一樣,遇到“高溫瓶頸”嗎?

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又或者說,溫度有上限嗎?

根據“溫度等同於粒子運動速度”這一理念,溫度的上限其實也是速度的上限,而我們宇宙的速度上限則是每秒三十萬公里的真空光速。

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到這裡我們可以說溫度的上限就是光速,當所有粒子都和光子一樣以光速運動時,理論上的最高溫度就產生了,物理學上將此時的溫度命名為“普朗克溫度”,具體數值是1.4億億億億攝氏度

迄今為止,代表溫度上限的普朗克溫度只在宇宙大爆炸瞬間出現過,當時還沒有粒子“們”的概念,四大基本作用力也還是一個力,甚至可以說物理學也是從那一刻才誕生的。

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那科學家未來在地球上,能用功率更強的對撞機重現普朗克溫度嗎?

在現有理論框架下這個問題不存在答案,因為早在一個世紀前愛因斯坦就用狹義相對論證明了“速度越快,質量越大”,且光子以外的所有粒子都達不到光速。

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如此一來“向普朗克溫度衝擊”就成了死局,因為物理定律讓粒子無法達到光速,且在向光速逼近的過程中消耗的能量還會呈現指數增長,毫不誇張地說就是窮盡宇宙中所有能量,人類也不可能把一根頭髮或者一個原子加速到光速,這無關技術,只因宇宙規則如此。

在劉慈欣的《朝聞道》裡,人類建造了環繞地球一週的超級對撞機“愛因斯坦赤道”,妄圖用它重現宇宙大爆炸瞬間,進而把四大基本作用力融為一體,搭建出古往今來所有物理學家夢寐以求的“統一場論”

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但“宇宙排險者”禁止了人類這一做法,因為在已經出現過大爆炸的本宇宙內再來一次大爆炸的話,就會出現“真空衰變”現象,然後以光速膨脹的真空泡將把整個宇宙摧毀,整個過程類似於宇宙格式化。

雖然《朝聞道》只是一個科幻故事,但“真空衰變”在物理學中是真實存在的,不過人類對撞機的功率距離觸發真空衰變還很遠,而且現在連黑洞都生成不出來。

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用純粹科學思想來看

現如今人類發現的宇宙規律很可能並不是宇宙的全部,也就是說宇宙中肯定還有未被發現的規律,藏在人類目前無法涉足的領域中。

1.4億億億億度,為什麼會被科學家認為,是溫度的上限?

1.4億億億億℃的普朗克溫度,僅僅是現有理論下,甚至是本宇宙的溫度上限,如果發現新規律或者其他宇宙,這個所謂的“溫度上限”肯定會被改寫。

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