日常生活经验告诉我们,温度有高有低,我们每天都能感受到温度的变化。但温度到底是什么呢?

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物理学上来讲,温度是衡量物体冷热程度的物理量,具体来讲就是微观粒子热运动的剧烈程度,与微观粒子的动能息息相关,动能越大,表现出来的温度就越高。

比如说,沸水的温度是100度,太阳核心的温度高达1500万度,氢弹爆炸瞬间产生的温度达到1亿度。人类目前创造出来的最高温度是多少呢?

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恐怖的5万5千亿度,这个温度只持续了一瞬间,是通过大型粒子对撞机让粒子以非常接近光速的速度碰撞产生的,虽然温度很高,但持续时间非常短,并不会对周围环境产生什么影响。

这是不是意味着温度没有上限呢?我们的宇宙确实存在着一个最高温度,那就是普朗克温度,这个温度只出现过一次,就是在138亿年前的宇宙大爆炸瞬间的温度,大约为1.4亿亿亿亿度。

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普朗克温度是有意义的最高温度,那么有没有比普朗克温度更高的温度呢?理论上是存在的,只是人类无法描述而已,或者说对于人类来讲没有意义。因为温度与微观粒子的动能有直接关系,动能越大温度就会越高。

而动能与物体的质量成正比,按照爱因斯坦的相对论,如果物体的速度无限接近光速,质量就会变得非常大,从而动能也会很大,甚至接近无限大。

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只不过对于一旦温度高于普朗克温度,对于我们来讲就没有了意义,这里牵扯到普朗克温度的具体意义,这里就不再详述了。

说完了高温,再来看看低温,高温可以如此高,是不是意味着低温也可以无限低呢?

并不是,低温也是有下限的,这个下限就是绝对零度,也就是零下273.15度。绝对零度是宇宙温度的最低值,所以说不管宇宙中的温度有多低,总是要比绝对零度高一点的。

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而实验证明也确实如此,虽然人们早就知道温度的下限是绝对零度,但还是想通过实验来验证这一点。于是科学家通过各种方法试图制造出更低的温度。结果显示,无论科学家们制造的温度有多低,总是比绝对零度高那么一点点。

人类制造的最低温度已经非常接近绝对零度了,只比绝对零度高了0.0000000001度!你可能会说,这么小的差异,再努力一下不就行了?不就能达到绝对零度了?

但就是这么微小的差异,对于人类来讲也是难以逾越的鸿沟,我们永远无法突破。为什么会这样呢?

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按照温度的定义,温度其实就是微观粒子运动快慢的直接体现,粒子的速度越快,温度就会越高。那么如果微观粒子停止运动,处于完全静止的状态,是不是就能达到绝对零度了呢?

理论上分析确实如此,通俗理解,万物都静止的温度就是绝对零度。但问题就在于万物不可能绝对静止,静止是相对的,万物总是一刻不停的在运动。微观世界的粒子一直在做无规则运动。

为什么会一直运动呢?不运动不行吗?

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确实不行!从更深的层次来讲,量子力学的不确定性原理告诉我们,粒子的速度和位置存在着不确定性关系,速度的不确定性与位置不确定性的乘积必须不小于一个常数,虽然这个常数很小,但比零要大。

这意味着微观粒子速度的不确定性不可能为零,也就是说,微观粒子的速度不可能为零,如果为零,意味着速度就是确定的,不确定性就为零,这与量子力学的不确定性原理发生了矛盾。

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我们也可以换一种方式来通俗理解,如果温度达到了绝对零度,意味着万物都静止了,不仅仅是我们看到的物质静止不动了,甚至连时间也静止了,空间也不再有任何变化,这意味着宇宙中不再有任何能量,时间和和空间本身也变得毫无意义了。

这样的宇宙实际上已经死亡了!所以说绝对零度是无法达到了。

不过研究宇宙历史的科学家们做出这样的推测,绝对零度或许真的可以达到,但只能出现一次。

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就像普朗克温度只出现过一次,出现在138亿年前的宇宙大爆炸瞬间,也就是宇宙起源的那一刻,绝对零度则会出现在宇宙走向终结的那一刻。

在极其遥远的未来,宇宙中的能量会耗尽,万物都趋于静止,宣告宇宙的终结,在那一刻温度很可能会达到绝对零度!