在我們可以深入了解最高的溫度之前,我們首先需要知道絕對零度是多少。
絕對零度是標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)和自然界中絕對最低的溫度。絕對零度在開氏溫標(biāo)上為0 K,或為-273.15 ℃。在物理學(xué)中,我們都知道物體中的分子在做永不停歇的無規(guī)則熱運(yùn)動,溫度就是表示這種熱運(yùn)動的劇烈程度。
由于隨著溫度下降,分子的運(yùn)動減慢,一旦它們達(dá)到0 K,它們就完全停止運(yùn)動。在絕對零度下,絕對沒有運(yùn)動——即使在亞原子水平也是如此。一切都被凍結(jié),甚至是時間。
那么,是否有絕對熱度?
因為隨著分子運(yùn)動越來越劇烈,溫度也就會越來越高。事實上,這個答案可能是肯定的、否定的或可能的,這取決于你在和什么樣的理論物理學(xué)家談?wù)?。一些物理學(xué)家假設(shè)絕對熱度可能實際上是負(fù)數(shù)。
在一種奇怪的情況下,物理模型顯示在數(shù)學(xué)上,最大的最熱溫度實際上是負(fù)零度。
大多數(shù)理論模型不能達(dá)到負(fù)溫度,因為增加能量使其更熱,這會增加它的熵。然而,有一些基于磁性的系統(tǒng)可能是這個規(guī)則的例外。這種系統(tǒng)可以保持住最大量的能量,這意味著當(dāng)它們接近其最大能量時,它們的熵實際上開始減小。由于熵的減少以及數(shù)學(xué)方程式,溫度變?yōu)樨?fù)數(shù)。不過,負(fù)溫度的物質(zhì)不會比絕對零度低;相反,它比無限溫度更熱。之所以有負(fù)溫度,這是因為數(shù)學(xué)上的優(yōu)雅。
一些物理學(xué)家認(rèn)為最高的溫度是普朗克溫度。他們認(rèn)為,這是物質(zhì)理論上可能存在的最高溫度。它約為1.41679×10^32 K,這大概是一億億億億度。
因為溫度越高,分子運(yùn)動越快,當(dāng)溫度達(dá)到普朗克溫度時,粒子的運(yùn)動速度已超過光速,物理學(xué)完全失效。此時,引力變得與其他三種基本力(電磁力,強(qiáng)、弱核力)一樣強(qiáng),它們將合并成一個統(tǒng)一的力。因此,普朗克溫度可能是溫度的上限。
宇宙中最熱溫度的另一個競爭者來自弦理論物理學(xué)家,他們認(rèn)為這個溫度應(yīng)為10^30 K,比上面的競爭者稍微冷一點(diǎn)。弦理論物理學(xué)家認(rèn)為宇宙中最基本的東西不是粒子,而是振動的弦。他們有理由相信,可實現(xiàn)的最高溫度只是略低于普朗克溫度。