綜述

我們都知道地球生物生存所必需的幾個(gè)條件，陽(yáng)光、水、空氣、有機(jī)物等，這里的陽(yáng)光主要提供的就是溫度。

人體的恒定溫度是37攝氏度左右，和大多數(shù)哺乳類動(dòng)物以及鳥類一樣屬于恒溫動(dòng)物，超過(guò)或者低于這個(gè)溫度，身體機(jī)能就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，危及生命。

根據(jù)人類現(xiàn)有的宇宙探測(cè)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有地球能夠?yàn)樯锾峁┻@樣溫度適宜的生存環(huán)境，而許多太陽(yáng)系的行星在一天之內(nèi)的溫度變化區(qū)間可以達(dá)到幾百攝氏度，完全不可能出現(xiàn)生命體。

近年來(lái)，除了行星的溫度變化區(qū)間，科學(xué)家還在觀測(cè)的基礎(chǔ)上推算出了宇宙的溫度變化區(qū)間，這個(gè)區(qū)間的數(shù)值跨度當(dāng)然是超乎想象的大，不過(guò)比較奇怪的是，它的高溫與低溫分布卻極其不均衡，最高溫度超過(guò)1億攝氏度的同時(shí)，最低溫度卻只有-273.15攝氏度，這是什么原因呢？

普朗克溫度

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們首先要弄清楚，溫度是怎么產(chǎn)生的呢？回憶一下冬天的時(shí)候，如果你覺得手凍得不行了，會(huì)做什么呢？大多數(shù)人會(huì)下意識(shí)地摩擦兩只手，這樣就會(huì)感到暖和了，其實(shí)這就可以窺探微觀上溫度產(chǎn)生的原理。

物體中的分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度直接決定了熱量的高低，所以當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，產(chǎn)生的熱量也就越多。

這樣一來(lái)，要找到宇宙的最高溫度就簡(jiǎn)單了，只需要找到宇宙當(dāng)中運(yùn)動(dòng)速度最快的物質(zhì)即可，那這種物質(zhì)是什么呢？我們的第一反應(yīng)當(dāng)然是光，光是目前科學(xué)家所能探測(cè)到的運(yùn)動(dòng)速度最快的物質(zhì)，所以只要以光速作為計(jì)算基數(shù)就可以得到我們想要的宇宙的最高溫度了。

不過(guò)關(guān)于宇宙起源的大爆炸理論中認(rèn)為，宇宙膨脹的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速，這個(gè)速度值發(fā)生在爆炸開始的瞬間，物質(zhì)與能量分子在一個(gè)極為短暫的時(shí)間段里完成了從最中心到宇宙邊緣的運(yùn)動(dòng)。

這個(gè)時(shí)間也就是常說(shuō)的普朗克時(shí)間，它的數(shù)值大概是10的負(fù)43次秒，按照這個(gè)數(shù)字和爆炸初期的宇宙大小來(lái)計(jì)算，可以推出那一瞬間的溫度值，大概是1.416833×10^32攝氏度，這個(gè)溫度也被命名為普朗克溫度。

回力棒星云

根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)與熱量之間的關(guān)系，宇宙最低溫度的推算也很簡(jiǎn)單，雖然分子運(yùn)動(dòng)的速度沒有上限，但它的下限很容易確定，也就是靜止時(shí)的速度。在物質(zhì)和能量分子完全靜止的狀態(tài)下，我們就可以找到宇宙的最低溫度，通過(guò)公式計(jì)算得出這個(gè)數(shù)值，就是-273.15℃。

在我們的想象中，完全靜止的狀態(tài)隨處可見，因此要觀測(cè)到這個(gè)溫度應(yīng)該也不是一件難事，但事實(shí)真的是這樣嗎？你家里的書桌看上去是靜止的吧，但為什么有時(shí)候還沒有你的手涼呢？即使是在寒冷的冬天，湖水已經(jīng)完全凍成了冰塊，一動(dòng)不動(dòng)，它的溫度值也不會(huì)低于零下十幾二十度，這又是為什么呢？

根據(jù)已有的資料，-273.15℃這個(gè)數(shù)值還沒有被觀測(cè)到過(guò)，人類能夠?qū)嶋H捕捉到的最低溫度只有-272℃，這是因?yàn)槟莻€(gè)假設(shè)中的絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)其實(shí)是不存在的。

對(duì)于不斷膨脹的宇宙來(lái)說(shuō)，靜止是一個(gè)相對(duì)概念，所有的物質(zhì)能量都只能在某一特定的參考系中被界定為靜止，而這個(gè)參考系相對(duì)于真實(shí)的宇宙而言并不具有實(shí)際意義。

1995年，智利瑞典的ESO次微米波望遠(yuǎn)鏡首次觀測(cè)到了宇宙最低溫度，-272℃的數(shù)值被探測(cè)到的位置是在一片叫作回力棒星云的天體中，這個(gè)距離地球約5000光年的星云并不是一個(gè)原生的天體，而是恒心內(nèi)部散逸出的氣體聚集形成的，這些氣體的散逸速度被推算為接近164公里/秒。

奇怪的是，按照天體形成的規(guī)律，這些氣體進(jìn)入到太空之后速度進(jìn)一步提升，并發(fā)生了膨脹運(yùn)動(dòng)，那么為什么這里沒有產(chǎn)生高溫，卻反而成了宇宙最低溫度的所在地呢？

原因是，回力棒星云所經(jīng)歷的膨脹過(guò)程，是被稱為絕熱膨脹的一種特殊運(yùn)動(dòng)，這區(qū)別于一般的膨脹運(yùn)動(dòng)，在發(fā)生絕熱膨脹的情況下，氣體會(huì)持續(xù)地對(duì)外部空間的物質(zhì)和能量做功，但卻不會(huì)產(chǎn)生熱量交換，也就是說(shuō)回力棒星云的膨脹只是在單向地朝外部空間散逸能量，直到失去全部動(dòng)能，進(jìn)入趨近靜止的狀態(tài)，從而形成低溫。

結(jié)語(yǔ)

看似極為不合理的高低溫區(qū)間分布，實(shí)際上背后是有著非常嚴(yán)密的科學(xué)依據(jù)的，同時(shí)我們又要注意到理論數(shù)據(jù)與實(shí)際科學(xué)觀測(cè)之間的區(qū)別。

我們永遠(yuǎn)無(wú)法觀測(cè)到-273.15℃這個(gè)數(shù)值，當(dāng)然也無(wú)法觀測(cè)到所謂的最高溫度，因?yàn)樗俣鹊纳舷蘧拖駥?shí)數(shù)的上限一樣是無(wú)法窮盡的，這片浩瀚的宇宙很可能還隱藏著更多超乎人類認(rèn)知的東西，或許這也是宇宙科學(xué)能夠激發(fā)人類無(wú)限遐想的原因吧。