人类能创造出数10亿度的高温,为何无法突破绝对零度?

百科   2024-12-15 16:27   辽宁  

零下273.15摄氏度,也被称为绝对零度,这个概念广为人知。然而,关于高温的极限,不少人的理解可能就不那么准确了。实际上,高温确实有一个理论上的上限,那便是所谓的普朗克温度,高达1.42乘以10的32次方摄氏度,这个数值远远超出我们日常经验的范畴。

那么,这样一种极端的温度是如何得出的呢?

普朗克温度实际上是关于宇宙诞生之初的参数,是在大爆炸发生后的第一个普朗克时间所达到的温度。由于普朗克时间是时间尺度上的最小单位,这也就意味着普朗克温度成了我们所知的最高温度极限。

换种角度来思考,若某物体温度超过普朗克温度,则它会放射出波长短于普朗克长度的电磁波。而普朗克长度正是长度尺度上的最小单位,所以低于这个长度的尺度在现代科学体系中不再具有意义。

那么人类能够创造的最高温度是多少呢?

答案是大约10万亿摄氏度,这是通过大型强子对撞机产生的,这一高温出现在寻找希格斯玻色子(即所谓的“上帝粒子”)的过程中,短暂地产生了与10万亿度黑体辐射相当的能量。

即使这个温度在人类眼中已是极端,与普朗克温度相比却依旧微不足道。那么,为什么高温可以如此之高,而低温能如此之低呢?

问题的关键并不在于温度本身的高低,而在于我们如何定义它。按照常规定义,在标准大气压下,冰水混合物的温度为0度。但如果我们将普朗克温度作为0度来重新定义,那么绝对零度的数值将会显得巨大无比。

问题的关键在于,为何我们无法达到绝对零度呢?

要知道,温度实际上是粒子运动速度的一种度量。简而言之,粒子运动得越快,温度就越高;反之,温度则越低。

绝对零度所描述的,正是在微观粒子完全静止状态下的温度。要想达到绝对零度,就意味着要实现绝对的静止,而这是不可能实现的。

为何呢?

量子力学恰好能对此作出解释。

我们都知道,量子力学的基石就是“不确定性”原则,用公式来表示即为:ΔxΔp≥h/4π。

Δx代表位置的不确定性,Δp代表动量的不确定性,而h则代表普朗克常数,这是一个极小的数值,等于6.62607015×10-34 J·s。

公式告诉我们,微观粒子的位置和动量的不确定性之积必须大于或等于普朗克常数除以4π。简单来说,这个乘积不可能为零,这意味着微观粒子无法处于静止状态,因为一旦静止,它的位置就固定了,从而与不确定性原理产生矛盾。

尽管科学家们始终在探索,希望突破绝对零度的限制,但至今为止,我们只能无限接近这个极限,却无法真正抵达。

事实上,绝对零度正如同光速一般,它们都是自然界中固有的基本属性,我们可以无限接近,但永远无法真正达到。

经典宇宙天文纪录片,搜索关注微信视频号:宇宙探索观,然后进入会员专区。或者直接识别下方二维码,进入会员专区(会定期更新经典宇宙天文纪录片):


宇宙探索
探索宇宙和时空的奥妙。
 最新文章