如果从某物中吸收所有能量，则可以实现绝对零值（最冷的温度）。但是有可能达到最高水平吗？

什么都不会丢失，一切都只会改变。
-迈克尔·恩德

在每个周末，我们从发送的问题中选择一个来回答它。本周，荣誉归学校老师卡梅伦·彼得斯（Cameron Peters）追问：

我在八年级科学，我的学生经历了温度这一概念。特别是，我们研究了绝对零的概念，其含义以及与原子运动的关系。我的学生想知道自然界中可达到的最高温度是否存在，或者是否没有上限。

让我们从八年级学生应该知道的那些位置开始，我们将逐步提高该学位。

进行经典的实验：在不同温度下将食用色素溶解在水中。我们会看到什么？温度越高，染料溶解得越快。

为什么会这样呢？因为分子的温度与颗粒的动力学运动和速度直接相关。这意味着在热水中，单个分子运动得更快，并且染料颗粒在热水中的散布速度要快于冷水。

如果我们完全停止了所有这些运动-一切都会冻结（甚至克服了量子物理学的本质）-这将使您获得绝对零值：最低的热力学温度。

但是相反的方向呢？如果您对一个粒子系统进行加热，它们只会移动得更快。但是温度的高度是否有限制，您是否会面对一场灾难，阻止您升起？让我们看看。

在成千上万的开尔文温度下，传递到分子的热量将甚至破坏将它们保持在一起的键，并且如果继续加热，电子将开始与原子脱离。您将得到一个电离的等离子体，它由电子和原子核组成，没有任何中性原子。

但这还是可以接受的：单个粒子-电子和带正电的离子-会彼此完美反弹，并遵守通常的物理定律。而且您仍然可以提高温度，看看接下来会发生什么。

然后各个粒子开始衰减。
• 来自粒子，物质/反物质对（电子和正电子）碰撞能量的约8 * 10 ⁹（80亿个K）将自发出现。
•大约2 * 10 ¹⁰（200亿K）个原子核将分裂为质子和中子。
•大约2 * 10 ¹²（2万亿K）个质子和中子将不复存在，其组成的粒子，夸克和胶子将飞行
•大约2 * 10 ¹⁵（2万亿K）的大量存在，所有已知的粒子和反粒子将开始出现。

但这不是上限，根本不是。仅在2 * 10 ^15的温度下（2万亿K）有趣的事情将开始发生。正是这正是希格斯玻色子出现所需的能量，因此也正是恢复宇宙最基本的对称性之一所需的能量：使粒子具有大量和平的对称性。

换句话说，当您进一步加热系统时，您会发现所有粒子都失去了质量并以光速飞行。除了物质，反物质和辐射的混合之外，周围的所有事物的行为都将像辐射一样，无论它实际上是物质，反物质，还是都不存在。

但是我们还没有完成。您可以进一步提高系统温度，尽管内部的任何事物都不会移动得更快，但它会变得更有活力-就像无线电波，微波，可见光和X射线是光的形式（并以光速移动），尽管它们都具有能量不一样

也许有些粒子对我们来说还是未知的，或者会出现新的定律（或对称性）。您可以决定继续前进到无限的能量。

但这有三个原因无法实现。

1）宇宙包含有限量的能量。让我们以可观察到的时空中存在的一切为例：所有物质，反物质，辐射，中微子，暗物质，甚至是太空本身的能量-这很多。大约有10 ⁸⁰正常物质的粒子，10 ^89个中微子和反中微子，更多的光子，以及暗物质和暗能量中包含的所有能量，在我们周围可观测的宇宙中以460亿光年的半径散布。

但是，即使将所有这些都转换为纯能量（通过E = mc ²），并且即使使用所有这些能量来预热系统，也不会拥有无限量的能量。如果将所有这些放到一个系统中，将会有很多能量，它对应于10 ¹⁰³ K 量级的温度，但这不是无限的。因此有一个上限。但是有些事情会在您达到此状态之前阻止您。

2）如果将过多的能量倒入狭窄的空间，则会产生黑洞！您会想象黑洞是巨大，庞大且密集的物体，它们可以吞噬成千上万的行星，就像饼干怪兽吞咽一盒饼干一样-笨拙，毫不费力，毫不犹豫。

但是，如果您为单个量子粒子提供足够的能量-即使它是以光速移动的无质量粒子-也会变成黑洞！存在一个尺度，根据该尺度，已经积累了足够能量的某些事物将无法像普通粒子那样进行相互作用。如果让粒子实现这样的能量，根据E = mc ²相当于22μg ，则只能达到10 ¹⁹系统拒绝进一步加热之前的GeV。您将自发出现黑洞，然后这些黑洞会通过热辐射立即衰减为低能量状态。因此，在这个能量水平（普朗克能量）下，我们的宇宙存在一个上限，对应于“仅” 10 ³² K 的温度。

它远小于前一个，因为不仅宇宙是有限的，而且黑洞也成为限制因素。但是还有一个因素，我首先会担心，将温度升高到无法测量的高度。

3）在一定的高温下，您将恢复使我们的宇宙遭受通货膨胀的潜力。在大爆炸之前，宇宙处于指数增长的状态，空间本身像球一样以指数速度膨胀。它内部的所有粒子，反粒子和辐射都迅速与其他物质和能量块分离开来，在通货膨胀结束时，大爆炸开始了。

如果您达到的温度足以使该场进入通货膨胀状态，则您将按下宇宙的重置按钮并使通货膨胀恢复，这将导致大爆炸的重新开始。

如果这对您来说太困难了，请记住以下几点：如果设法将温度升高到达到这种效果所需的水平，您将无法生存。从理论上讲，它是估计为10 ²⁸ - 10 ^29日 KK，虽然有相当大的扩展，这取决于在该步骤发生膨胀的量级。

因此，升高到很高的温度是很容易的。而且，尽管您熟悉的物理现象在细节上会有所不同，但是您可以提高温度，但只能升高到一定程度，之后您才可以完全摧毁您所喜欢的一切。彼得斯先生的学生们要小心，但不要害怕大型强子对撞机。即使在地球上功能最强大的加速器中，我们所获得的能量也至少比危险的能量少1000亿倍。向我发送您对以下文章的问题和建议。

向Ethan询问92：最高温度是否有限制？

如果从某物中吸收所有能量，则可以实现绝对零值（最冷的温度）。但是有可能达到最高水平吗？

More articles: