@ 2014.12.01 , 23:31

脑洞大开:热到极限是多高的温度

[-]

大多数人都知道对温度划分界限的一个标准:零度。但是事实上,在热力学里我们称之为“绝对零度”,绝对零度所用的温度单位是开尔文(Kelvin,简写为K),换算成摄氏度应为-273.15度。它们之间的区别就在于零摄氏度是海平面上的淡水的冰点,开尔文是完全没有热度。这里所指的热度当然是原子运动的作用,没有运动就没有热度。这反过来又说明,这是从客观角度来说最低的温度,但是与此相反的,有没有一个最高的温度存在呢?

信不信先放到一边,我们现在可以假设它可能是存在的。从现有理论出发,就算存在一个最高温,那也是在宇宙大爆炸之后出现的。我们不能在实验室里拿一个东西不停加热,所以只能依靠数学演算出当温度上升到极高的时候会出现什么。那么科学家们得到的第一个答案是什么?没人知道。最多人赞成的物理学模型是说,当温度不停上升打破一个点之后,就到达了不会再升高的最高点。那么这个点是真的不会再变热了,还是说科学家还不知道到了那个点之后会发生什么。

我们先来谈谈到达高温之后会发生什么。当一个物体到达超热的温度时就会发出递减的波长(相当于递增的频率和增加的能量)。当温度不断升高,它发射的波长所含能量也会递增,从可见光到X光、伽玛射线(γ射线)等等。理论上讲对辐射的波长是有下限(相对的是能量上限)的。就普朗克定律来说,能量不能持续增加,否则会产生无法想象的射线。

[-]

而这个点,就在1.416833(85)x10^32K左右,通称为普朗克温度。在这个高点上,每个粒子的能量都增到让物理规律要崩溃的高度。每个粒子都有自己强大的重力场,用现代物理学无法形容的方式互相影响。(为了说明一个量子粒子产生的能量是怎样产生一个重力场的,请允许我在这写出普朗克温度到底有多少K:1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 K)

这又让我们回到了爱因斯坦、霍金等等学者对万能理论(Theory of Everything)探索上。用量子重力论,这个重要的方程式可以让你在量子规模下形容重力的影响。而数学可以让我们看到在温度到达普朗克温度之后的可能发生的改变。通过这些力量,我们或许能够发现比普朗克温度更高的温度确实可能存在,至少我们现在还没理由肯定它是不存在的。

一个用万能理论进行测试的理论指出,在物理学上的最高温度还会升高是因为“电子偶的生成”这一过程,在这个过程中,大量能量的输入会引起粒子和反粒子成对出现,从而让温度高于1.416833(85)x10^32 K。有物理学家认为这些电子偶会生成的更多、更重,又将热度抵消。

这一理论是对是错现在还无从检验,但是也许超弦理论、多元宇宙或者其他全新的想法即将乘虚而入,一举把这些疑问都解决。在此之前,现在总共有一个绝对零度及(理论上成立的)一个很有可能存在的绝对高温。到底有还是没有,端看我们能不能抓到机会找出确切证据。

本文译自 Geek,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.2
赞一个 (11)

24H最赞