在日常生活中,我们对于气候的变化感到十分敏锐,并以此来调整自己的服装搭配。人们通常认为,气温升高即代表炎热,气温降低则意味着寒冷。

打开网易新闻 查看更多图片

然而,你有没有深入思考过,温度究竟是什么呢?它的本质又是怎样的呢?

在我们平常的感觉中,温度似乎是一个相当笼统的概念,但对于物理学家来说,他们需要对这一物理量进行精确而严谨的定义。

打开网易新闻 查看更多图片

在宏观物理学中,温度是评估物体热度的尺度,这同样是一个颇为模糊的表述,与我们对温度的感知没有太大差异。

为了更精确地阐释温度的本质,我们不得不转向微观世界去探究。从微观尺度来看,温度实际上是衡量分子热运动剧烈程度的一个指标。也就是说,分子的热运动是我们感知到的温度的直接表现,分子运动越剧烈,温度也就越高。

打开网易新闻 查看更多图片

单个分子的热运动遵循力学的基本定律,而众多分子的集体热运动则由统计学法则所主导。温度,实际上是大量分子平均动能的体现。

在地球上,最炎热的环境莫过于地心深处,那里充满了熔融的金属,温度高达6000℃,甚至超越了太阳的表面温度。

然而,在整个太阳系中,6000℃的温度实在不算什么,太阳的核心温度高达15000000℃,那里的物质状态完全不同于我们熟悉的气态、液态或固态,而是被称为等离子态的第四态。

打开网易新闻 查看更多图片

而在辽阔的宇宙中,15000000℃的高温也显得微不足道,众多天体的温度远超太阳。通常情况下,天体的质量越大,其温度也越高,一些质量巨大的恒星,其核心温度甚至可以达到数亿度。

于是一个疑问浮现:温度的上限究竟在哪里?

很多人心目中认为,高温是没有上限的,温度可以无限上升。然而,这种观念其实是错误的,温度是有极限的,这个极限便是普朗克温度。

为何会有上限呢?前面我们讲过,温度即代表分子热运动的剧烈程度,然而分子的运动速度并不是无限的,它受到光速的限制,因此分子的热运动和由此产生的温度当然也有一个上限。

打开网易新闻 查看更多图片

结合光速、普朗克常数、引力常数等数据,科学家们计算出了宇宙的最高温度——普朗克温度,高达1.4亿亿亿亿℃,这一温度在宇宙大爆炸的一刹那出现,仅此一次,之后的温度均低于此。

如果你能创造出普朗克温度,你就能创造出一个全新的宇宙。

理论上讲,宇宙大爆炸的瞬间温度肯定要高于普朗克温度,甚至奇点本身的温度可以视为无限高。但对我们来说,这些都无实际意义,真正有意义的是大爆炸后宇宙的演变。而在普朗克时间之前的宇宙,则是不可认知的。

普朗克时间是可认知的最小时间单位,如“0.5个普朗克时间”这样的概念是没有意义的。

这暗示了奇点并不属于我们所处的四维时空,科学家们推测它可能存在于更高的维度中,从而不遵守我们所熟知的自然规律。

探讨完最高的温度,我们再转向低温的领域。

打开网易新闻 查看更多图片

大家都听过,宇宙存在一个最低温度——绝对零度,也就是-273.15℃。根据热力学第三定律,绝对零度是理论最低温度,现实中我们只能无限接近这个数值而无法真正达到,这和光速的性质类似。

为何绝对零度无法达到呢?

正如我们所知,温度实际上是分子热运动的表征,理论上,分子完全停止热运动,处于绝对静止状态时,对应的温度即为绝对零度。

然而,这只是理论设想,现实中完全静止的物体是不存在的。量子力学告诉我们,微观粒子具有波粒二象性,他们的运动状态不同于宏观物体,而是以概率波的形式出现在某一位置。

打开网易新闻 查看更多图片

这意味着分子和原子等微观粒子不可能处于绝对静止状态,总是表现出概率波的性质,以一定的概率出现在空间中的任意位置。不确定性原理从根本上解释了这一点:微观粒子的速度和位置的不确定性乘积必须大于一个常数,这个常数大于零。

这就意味着微观粒子的速度不可能为零,若为零则意味着确定性,与不确定性原理相悖。

尽管人类早已知道绝对零度无法触及,科学家们还是在努力创造尽可能接近绝对零度的环境,目前已经制造出的最低温度仅比绝对零度高了十亿分之一度。

打开网易新闻 查看更多图片

不要轻视这十亿分之一度,它象征着一道巨大的鸿沟。

与此同时,科学家们创造低温环境并非无的放矢,他们想要探索当温度足够低时,会发生什么神奇的现象。事实上,当温度非常接近绝对零度时,物质的形态会发生显著变化,呈现出第五种物质状态:玻色-爱因斯坦凝聚态。这种状态的物质呈现出违反日常认知的性质,在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域有着广阔的应用前景。