我们每天都能感受到温度的变化,但地球表面的温度变化范围是非常有限的。最低温也只能达到零下六七十度的样子,而高温环境基本上都在五十度以下。
但是在浩瀚的外太空,温度差异是巨大的,动辄上亿度的高温都是常见的,而低温也能低至零下二百多度。
我们都知道低温的极限值是绝对零度,也就是零下273.15度。那么高温有没有极限呢?
有些人可能会认为高温没有极限,事实上并非如此。高温也有极限,宇宙中的最高温度是1.4亿亿亿亿度!
那么,最高和最低温的极限值到底是如何计算出来的呢?
首先我们需要看一下温度的本质。温度是一种宏观上的表现,但本质还是需要从微观世界解读。
万事万物都是微观粒子构成的,而微观粒子一直都在不停地运动当中,没有规律的运动。
我们很难衡量单个粒子的运动状态,只能宏观上用统计学的方式统计大量微观粒子的运动状态。
简单说,微观粒子的运动越剧烈,统计出来的温度就越高。相反,温度就越低。就如下图那样:
可以看出,我们通常所说的温度其实就是微观粒子的“平均动能”。因此,当粒子的动能最低的时候,计算出来的温度就是宇宙最低温度,绝对零度。
绝对温度就是所有微观粒子都停止运动时的温度,是理论上的最低值。但是这个极限温度是不可能达到的,因为根据量子力学不确定性原理,微观粒子的位置和动量都是不确定的,两者的不确定性乘积必须大于等于一个常数。