1.4亿亿亿亿度热到什么程度?时间、空间和物理定律全都崩溃!

原标题:1.4亿亿亿亿度热到什么程度?时间、空间和物理定律全都崩溃!

1.4亿亿亿亿度热到什么程度?时间、空间和物理定律全都崩溃!
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对于物体的冷热程度 , 我们通常会用具体的温度进行定量表示 , 例如 , 气温是10℃ , 开水是100℃(1个标准大气压下) 。 温度可以很高 , 太阳的中心温度可达15,000,000℃ , 而最高温度更是高达1.4×10^32℃ , 也就是1.4亿亿亿亿度 。
那么 , 物体的温度究竟是怎么来的呢?为什么开水的温度刚好是100℃ , 冰的温度刚好是0℃?为什么温度会有上限?如果温度达到上限又会怎样?

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宏观物体都是由微观粒子组成的 , 元素周期表中的118种元素构成了我们所知的物质世界 。 无论是原子 , 还是离子 , 或者分子都在做热运动 , 包括平动、转动、振动 。 粒子的热运动贡献了物体的内能 , 这就是物体的温度来源 。
因此 , 温度本质上表征了粒子热运动究竟有多剧烈 。 粒子的热运动越剧烈 , 物体的内能越高 , 表现出的宏观温度也就会越高 , 反之亦然 。 当粒子不再运动时 , 将会达到最低的绝对零度 。

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至于物体的具体温度数值 , 则取决于定义方式 。 生活中最常用的是摄氏温标(℃) , 它把水的冰点定义为0℃ , 沸点为100℃ , 以此为基准进行100等分 。 热力学中最常用的为开氏温标(K) , 把最低温度定义为0K , 它与摄氏温标的转换关系为℃=K-273.15 , 即绝对零度为-273.15℃ 。
绝对零度作为温度下限 , 这是不可能达到的 。 因为粒子的热运动不可能停止 , 否则将会违背相对论和量子力学 。 另一方面 , 既然粒子运动越快 , 温度越高 , 这是否意味着温度能够不断上升 , 直至无限高呢?

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关于这个问题 , 就不得不提到爱因斯坦的狭义相对论 。 根据相对论 , 宇宙中的物体运动速度是有上限的 , 那就是每秒将近30万公里的光速 。 尽管相对论限制了速度上限 , 但却没有限制动能上限 。
根据相对论的质速关系:

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在低速的情况下 , 动质量(m)可以认为保持不变 , 采用静质量(m0)即可 。 但当速度(v)足够接近光速(c)之时 , 动质量将会急剧上升 , 直至趋于无穷大 , 这意味着动能也会随之趋于无穷 。
然而 , 根据量子力学 , 粒子的动能并不能无限大 , 温度也不会无限高 。 因为随着温度的不断升高 , 粒子的状态会不断发生变化 , 原子、质子、中子、电子等结构都会悉数崩溃 。 以质子为例 , 当极端的高温把它们分解成夸克汤之后 , 每立方厘米的夸克汤重达400亿吨 。
当温度达到普朗克温度 , 即1.4亿亿亿亿度之时 , 主宰宇宙的四大基本自然作用力将会合并在一起 , 成为大统一力 , 现有的物理定律全部崩溃 。 此时 , 宇宙只有纯能量 , 时间和空间也会失去意义 。 事实上 , 在138亿年前 , 宇宙从无限小的奇点中诞生之初 , 就是处于这种极端的状态 。

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物理学家通过粒子加速器 , 把粒子加速到亚光速状态 , 让它们互相碰撞 , 以产生极高的温度 , 由此来了解早期宇宙的状态 。 目前 , 物理学制造出的最高温度为1×10^13K , 也就是10万亿度 , 但这距离普朗克温度还差得很远 。
1.4亿亿亿亿度热到什么程度?时间、空间和物理定律全都崩溃!】值得强调的是 , 普朗克温度只是现有物理体系所能理解的温度上限 。 也许温度还可以变得更高 , 但要理解那种温度状态 , 需要一套超越目前物理学的大统一理论 , 而这正是当今物理学家所孜孜追求的真理 。