相对论:1.4亿亿亿亿度有多可怕?时间和空间全部崩溃!

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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 。
【相对论:1.4亿亿亿亿度有多可怕?时间和空间全部崩溃!】
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 。
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