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1.4亿亿亿亿度有多可怕?时间和空间全部崩溃

​在地球上,人类曾经记录到的最高气温是56.7摄氏度。如果是地表,最高温度则要更高。而深入地球内部,温度会变得越来越高。到了两千多公里深的地幔,温度可以超过3000度。而到了最深处的地心,温度更是高达5500度。

太阳的温度则要更高,其表面温度就与地心相当,中心的温度可达1600万度。对于太阳这样的恒星,它们死亡之后,核心会暴露在外,并且坍缩成白矮星。白矮星更热,其表面温度可达10万度,核心温度可达1亿度。

如果是质量更大的恒星,它们耗尽核心燃料之后,核心会坍缩成炽热致密的中子星。中子星的表面温度估计可达60万度,中心温度超过10亿度。当两颗中子星发生碰撞时,将会释放出巨大的能量,主要是电磁辐射和引力波,并产生高达3500亿度的极高温度。

人类制造的最高温度虽然宇宙中的天体可以通过自发的过程变得很热,但人类在实验中制造出了更高的温度。

在相对论性重离子对撞机(RHIC)中,金离子被加速到亚光速,它们之间发生猛烈碰撞,产生了4万亿(4×10^12)度的高温。在这种温度下,物质无法维持常规状态,而是会被分解成夸克-胶子等离子体,即夸克汤。

对于常规温度下的物质,它们都是由质子和中子构成。质子和中子又是由更小的夸克组成,这两种粒子都是重子。由于色禁闭,夸克受到约束无法单独存在,胶子负责夸克之间的力传递。

但在足够高的温度和密度下,质子和中子将会分解成夸克汤。夸克与胶子不受约束,成为一坨致密的东西,其密度高达400亿吨/立方厘米。

人类所制造出的最高温度还要更高一个数量级。在大型强子对撞机(LHC)中,物理学家用高能质子猛烈撞击重原子核,结果产生了温度达到10万亿度的夸克汤。

那么,最高的温度是多少度?温度可以无限升高吗?从本质上来说,温度反映的是微观粒子热运动的剧烈程度。如果粒子的能量越高,热运动越剧烈,宏观表现出的温度也会越高。粒子的速度极限是光速,那么,这是否意味着粒子达到光速时,温度也会达到最高呢?

事实上,构成物质的微观粒子都是有静质量的,它们的速度达不到光速。但在无限接近光速的过程中,粒子的动能会趋于无穷大,那么,这是否意味着温度可以无限升高呢?

根据现有的理论,当物体的温度变得足够高时,它们辐射出的波长将会小于最短长度——普朗克长度(1.6×10^-35米),这样就没有物理意义了。此时对应的温度被认为是最高的温度,这就是普朗克温度,其大小为1.4亿亿亿亿度。

普朗克温度在普朗克温度下,量子力学和广义相对论全部失效,时间和空间都会崩溃掉,变得没有意义,所有的粒子都不复存在,四大基本力都会统一成一个力。根据标准宇宙模型,我们的宇宙只有在最初诞生的一瞬间,也就是第一个普朗克时间(5.4×10^-44秒),才达到过这个极限温度。

不过,也许还有超过普朗克温度的更高温度。当温度超过普朗克温度时,量子效应和引力效应都会变得十分显著,我们现在还没有一套能够同时描述量子和引力的理论,所以对于更高的温度无法描述。如果未来能够出现统一量子力学和广义相对论的量子引力理论,我们就有可能理解普朗克温度之上的物理状态。

责任编辑: 夏雨荷   来源:科技日报 转载请注明作者、出处並保持完整。

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