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宇宙中最高和最低溫度是多少?

為了解答這幾個問題,首先要了解一下溫度的本質。表面上,溫度表徵物體的冷熱程度。本質上,溫度表徵物體的組成粒子的熱運動劇烈程度。

物質可能的最低溫度

理論上,當所有的粒子停止運動時(處於量子力學的最低點),物體將會達到可能的最低溫度,即絕對零度。絕對零度在開氏溫標上表示為0 K,在攝氏溫標上表示為-273.15 ℃。

然而,為了達到絕對零度,不僅需要原子停止運動,而且還包括原子的所有組成。繞原子核運動的電子需要停止運動,原子核中的質子和中子需要停止相互作用,夸克以及任何更基本的結構都要停止活動。由於量子力學效應,這是不可能的,所以絕對零度無法達到。從另一方面看,任何空間中都存在能量和熱量,必然會與物質進行交換,所以絕對零度只能無限逼近,不可能達到。

目前,通過激光冷卻和磁蒸發冷卻技術,科學家獲得的最低溫度達到了100 pK(10^-10 K,−273.149999999900 ℃)。物質在這種極低的溫度下將處於玻色-愛因斯坦凝聚態,它們會表現出奇特的行為,例如,超流動性和超導現象。

物質可能的最高溫度

物質可能的最高溫度為普朗克溫度,其值約為1.417×10^32 K。由於粒子的運動速度上限為光速,所以當粒子速度接近光速時,物體的溫度接近普朗克溫度。如果溫度超過普朗克溫度,物理定律將不復存在。

目前,通過大型強子對撞機的粒子對撞實驗,科學家獲得的最高溫度為10萬億開爾文,儘管這個溫度比太陽的中心溫度高了60萬倍,但僅為普朗克溫度的一千億億分之一。



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