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温度的本质是分子运动的激烈程度,然而分子运动的速度无法突破光速,是不是就可以说宇宙有最高温度?

是的,你说的一点没错,宇宙确实存在最高温度极限。

这个温度叫做普朗克温度


Mp是普朗克质量 c为光速,k为波尔滋曼参数

从这个公式可以看出来,物体的最高温度,本质上就是组成物质的微粒所有都以光速震动时的温度。

需要注意的是,物体的温度不仅和粒子运动速度有关,还和粒子的质量有关。

所以假设组成物体的微粒以同样的速度运动,那么越重的粒子一定温度比轻的粒子温度高。

那么,物体存在最高温度,这说明了粒子存在最高质量上线,就是公式中的Mp

那么Mp是如何得到的?普朗克质量是当粒子的康普顿波长等于史瓦西半径时,粒子的质量。

康普顿波长是粒子位置不确定性的上线,其实也就可以认为是一个粒子半径的上线。

我们知道,史瓦西半径即为黑洞的视界。所以,在康普顿半径的规度下,如果粒子的质量超过普朗克质量,该粒子将坍缩成一个黑洞。

所以,普朗克质量是任意一个粒子的极限。

普朗克温度则是我们宇宙的温度极限,和绝对零度一样,普朗克温度是无法达到的。


看来很多人对温度的理解还是很模糊,下边我就简单解释一下。

温度是物质内部原子热运动剧烈程度和反应,本质上其实就是物质内部粒子的平均动能。

那么,假设某物质所有的粒子热运动的动能都相等(实际情况中,如果不相等,只需要计算出平均动能即可),并且假设该物质一共由N个微粒组成。

那么该物质热运动的总动能为(动能公式)

1/2Nmv^2

而通过热力学定律可知,粒子的热能等1/2kT,那么同理,N个粒子组成的物质的总动能为:

1/2NkT

物体的热能,实际上就是物质热运动的总动能,那么有:

1/2Nmv^2 = 1/2NkT

根据比公式,可以得到物质的开氏温标T

T=mv^2/k

知道了物体开氏温标的计算方法,就可以很简单的计算出物质温度和极限了。我们知道粒子运动速度和极限是光速c,粒子的质量极限为普朗克质量mp,带入公式,即为物体温度极限普朗克温度:

Tp = Mpc^2/k

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