楠木軒

為何人類能創造數10億度的高溫,卻無法突破絕對零度呢?

由 鍾離黎明 釋出於 科技

絕對零度,也就是-273.15度,是人類無法突破的溫度極限值,很多人都知道這點。不過對於高溫,有些人的認知並不準確,認為溫度可以無限高,實際上並不是這樣的。

高溫也有一個極限值,這個極限值就是普朗克溫度,這個溫度大約為1.42x10^32度,也就是1.42億億億億度,非常非常高的溫度。

那麼普朗克溫度是怎麼來的呢?

其實,普朗克溫度就是宇宙大爆炸開始一個普朗克時間之後的宇宙溫度,由於普朗克時間是有意義的最小時間單位,所以普朗克溫度是人類認知下的最高溫度。

也可以換一種思維方式,如果物體的溫度高於普朗克溫度,那麼它就會輻射出波長小於普朗克長度的電磁波,但是普朗克長度又是有意義的最小長度單位,所以低於普朗克長度在目前的科學體系下就失去了意義。

人類能製造的最高溫度是多少呢?

大約10萬億度,是透過大型離子對撞機制造出來的,在尋找希格斯玻色子(上帝粒子)的過程中,在區域性製造出了能量相當於10萬億度的黑體輻射!

不過10萬億度的溫度看起來很高,但與普朗克溫度相比,也還是小兒科!

那麼為什麼高溫如此之高,低溫這麼低呢?

其實問題的本質不在於溫度的高低,溫度的高低衡量標準是人為制定的。在標準大氣壓下,冰水混合物的溫度定義為0度,如果把普朗克溫度定義為0度,那麼絕對零度的數值就會看起來很大!

問題的本質在於,為何無法突破絕對零度?

我們都知道,溫度其實是衡量粒子運動快慢的度量。通俗地講,粒子運動越快,溫度就越高,反之就越低。

而絕對零度的定義就是微觀粒子絕對靜止下的溫度。

所以,要想達到絕對零度,意味著絕對的靜止,這是不可能的。

為什麼?

從量子力學角度就能很好地解釋這點。

我們都知道,量子力學的核心就是“不確定性”,用公式表述就是:ΔxΔp≥h/4π。

該如何理解這個公式呢?

Δx:位置的不確定性。Δp:動量的不確定性。h:普朗克常數,這個常數很小,為h=6.62607015×10-34 J·s

也就是說,微觀粒子位置的不確定性與動量不確定性的乘積,必須大於或等於普朗克常數除以4π。

簡單理解,兩者的乘積必須大約零,意味著位置和動量不可能為零,微觀粒子不可能靜止下來,一旦靜止,位置就確定下來的,與不確定性發生矛盾!

當然,科學家們是不肯輕易放棄的,很多科學家嘗試用各種方法,試圖突破絕對零度的限值,但事實證明,我們只能非常接近絕對零度,但就是達不到絕對零度。

事實上,絕對零度與我們經常所說的光速是一樣的,只能無限接近,但就是達不到。絕對零度和光速就是大自然的內在固有秉性!