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溫度的本質是分子運動的激烈程度,然而分子運動的速度無法突破光速,是不是就可以說宇宙有最高溫度?

錢衛國2年前16瀏覽0評論

是的,你說的一點沒錯,宇宙確實存在最高溫度極限。

這個溫度叫做普朗克溫度

Mp是普朗克質量c為光速,k為波爾滋曼參數

從這個公式可以看出來,物體的最高溫度,本質上就是組成物質的微粒所有都以光速震動時的溫度。

需要注意的是,物體的溫度不僅和粒子運動速度有關,還和粒子的質量有關。

所以假設組成物體的微粒以同樣的速度運動,那么越重的粒子一定溫度比輕的粒子溫度高。

那么,物體存在最高溫度,這說明了粒子存在最高質量上線,就是公式中的Mp

那么Mp是如何得到的?普朗克質量是當粒子的康普頓波長等于史瓦西半徑時,粒子的質量。

康普頓波長是粒子位置不確定性的上線,其實也就可以認為是一個粒子半徑的上線。

我們知道,史瓦西半徑即為黑洞的視界。所以,在康普頓半徑的規度下,如果粒子的質量超過普朗克質量,該粒子將坍縮成一個黑洞。

所以,普朗克質量是任意一個粒子的極限。

普朗克溫度則是我們宇宙的溫度極限,和絕對零度一樣,普朗克溫度是無法達到的。


看來很多人對溫度的理解還是很模糊,下邊我就簡單解釋一下。

溫度是物質內部原子熱運動劇烈程度和反應,本質上其實就是物質內部粒子的平均動能。

那么,假設某物質所有的粒子熱運動的動能都相等(實際情況中,如果不相等,只需要計算出平均動能即可),并且假設該物質一共由N個微粒組成。

那么該物質熱運動的總動能為(動能公式)

1/2Nmv^2

而通過熱力學定律可知,粒子的熱能等1/2kT,那么同理,N個粒子組成的物質的總動能為:

1/2NkT

物體的熱能,實際上就是物質熱運動的總動能,那么有:

1/2Nmv^2=1/2NkT

根據比公式,可以得到物質的開氏溫標T

T=mv^2/k

知道了物體開氏溫標的計算方法,就可以很簡單的計算出物質溫度和極限了。我們知道粒子運動速度和極限是光速c,粒子的質量極限為普朗克質量mp,帶入公式,即為物體溫度極限普朗克溫度:

Tp=Mpc^2/k