常常看到有许多网友质疑,宇宙深空动辄亿万光年,科学家们都知道那里的星球有多高温度,也知道遥远的星云有多低的温度,又没有那么长的温度计,这些数据是怎么来的呢?是不是瞎子估水一担两桶,随意猜测出来的呢?
其实科学家们在观测宇宙和我们物质世界最深层次时,我们真的不能够用生活中的常识来想象,经过几百年现代科学的发展,科学家们已经有许多办法来了解我们宇宙最远处和微观世界的最深处了。
宇宙中最高温度和最低温度都不是直接测量出来的,而是一个理论值。
而且现在所谓的最高温度和最低温度,这两种温度都不存在。
一种是最高温度,为普朗克温度。这种温度只有在宇宙大爆炸那一刹那,也就是普朗克时间,普朗克空间,发生的普朗克温度。
量子力学认为,人类了解的任何事物都不能超过普朗克尺度极限,超过这个极限不是不存在,而是没有意义。因为已经小于最小的量子态了,属于不可观测范围,或者说已经不属于我们世界可以认识的事物了。
这些量子单位是量子力学的开山鼻祖马克斯普朗克率先提出,因此人们把它叫做普朗克单位。
普朗克尺度是迄今科学认为的最小尺度,为1.6x10^-33cm,其计算公式为:
其中ħ为约化普朗克常数,普朗克常数h=6.6260693(11)10-34Js,ħ=h/2π;G为引力常量,G=6.6725910-11Nm²/kg²;c为光速,c=299792458m/s。
普朗克常数等是量子理论里专业性很强很复杂的计算过程,这里就不深扯了。
这个尺度比原子核小多了,原子核的数量级为10^15m,比普朗克尺度大20个数量级,万亿亿倍。
这个温度就是在宇宙大爆炸发生在普朗克尺度和普朗克时间里面的温度,在那种只有原子核的万亿亿分之一半径空间里,在大爆炸刚开始的1000亿亿亿亿亿分之一秒时间,所发生的亿亿亿亿K高温。
K是热力学温标,又叫绝对温标,全世界所有各种温标都是以这个为标准换算的。我们中国通行摄氏温标,摄氏度℃温标与K对应为,-273.15℃=0K,0℃=273.15K。在摄氏度0℃以上时,如果以热力学温标计数,只要减掉273.15度,就是摄氏度。而在宇宙很高温度下,比如万度乃至亿度时,这种差别完全可以忽略不计,因为宇宙测得的极高温度本身也是有误差的,而且不止几百度误差。
从以上状态我们可以看出,宇宙中最高温度并不是测出来的,而是通过理论建模计算出来的
是科学家们的发现和发明,把人类从黑暗蒙昧的时代,带入了光明智慧的时代。对于温度的认识也是经过曲折探索的。
最早一些科学家认为,温度是单独存在的物质,由此创立了一种热质学的理论。这种理论把热传导过程看作是热质的流动,并总结出了热质守恒定律。但这种学说没有办法解释摩擦生热,一直受到一些科学家的质疑和挑战。1798年英国物理学家伦福德通过摩擦生热实验,提出了热是一种物质运动形式的学说;后来,英国科学家戴维又通过冰摩擦生水的实验进一步推翻了热质说。
这样科学家们终于得出了热并不是一种单独的物质,而是物质内部粒子无规则运动造成的现象。温度就是粒子运动强度的表现,得出粒子运动越强烈,温度就越高,反之就越低,停止运动,温度就没有了,这就是绝对零度的由来。
爱尔兰科学家波义尔和英格兰科学家胡克通过马德堡半球实验,发现了气体体积、压力和温度之间存在着复杂的关系。随着进一步研究深入,人们发现不同的元素在不同的而温度下会呈现出不同的光谱,而且会发出不同的电磁辐射,而且温度与亮度也存在线型比例关系。
科学家们还得出了温度和能量的关系,通过计算不同温度放射出来的电磁波波长,就可以不用接触热载体就能够测算出温度。电磁波从长到短可以区分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线等,波长越短的电磁波所携带的能量越高。这样科学家们就可以通过各种光学望远镜、射电望远镜、射线望远镜来观测遥远天体的温度了。