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宇宙最高溫度紀錄:大爆炸瞬間達到1億億億億攝氏度

時間:2019-06-24 09:19:05 來源:新浪科技 評論:0 點擊:0
從一定意義上講,宇宙中最熾熱的是大爆炸,如果我們追溯到宇宙起源之初,宇宙變得非常密集、非常熾熱,并且沒有限制。  從一定意義上講,宇宙中最熾熱的是大爆炸,如果我們追溯到宇宙起源之初,宇宙變得非常密集、非常熾熱,并且沒有限制。

  新浪科技訊 北京時間6月24日消息,據國外媒體報道,當你在6月夏季汗流浹背的時候,你一定會認為接近40攝氏度的高溫很熱,但在宇宙尺度上講,地球高溫氣候不足為奇。太陽自身溫度超過1500萬攝氏度,但與最高溫天體相比,太陽不會列入其中。事實上,科學家在地球上產生的高溫記錄是太陽溫度的數倍(以微觀區域動能計算)。讓我們來和天文學家與物理學家一起探討宇宙中最熱的目標究竟是什么?

  亞伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)

  美國哈佛大學天文學教授

  從一定意義上講,宇宙中最熾熱的是大爆炸,如果我們追溯到宇宙起源之初,宇宙變得非常密集、非常熾熱,并且沒有限制。大爆炸奇點標志著愛因斯坦引力理論的崩潰,物質和輻射的密度和溫度偏離至無窮大。為了正確處理大爆炸,我們需要通過合并量子力學來修改愛因斯坦方程,然而不幸的是,我們沒有一個可靠的量子引力理論能夠揭曉大爆炸前后究竟發生了什么?

  最新研究報告稱,我們發現可以在宇宙微波背景下觀察大爆炸之前可能發生了什么。我們在宇宙中發現的其它奇點是黑洞,我們希望觀察到的差異現象可使用相同的理解進行解決。宇宙最熱的目標,從一定意義上講,就是大爆炸。

  詹姆斯·比徹姆(James Beacham)

  杜克大學博士后研究員、歐洲核子研究委員會(CERN)粒子物理學家

  我認為,宇宙中最熱的目標是重離子碰撞產生的碰撞點,就像位于美國長島布魯克海文國立實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)和歐洲核子研究委員會的大型強子對撞機(LHC)。也就是說,我們不能排除宇宙中某個地方潛在的一支文明擁有比地球人類更先進的粒子物理程序,并獲得比大型強子對撞機能量更高的重離子碰撞的可能性。

  這是一個非常有趣的推論,當我們在大型強子對撞機保持5萬億電子伏特下碰撞重離子,大型強子對撞機是宇宙中最冷的延伸物體,因為27公里長的環形隧道可以彎曲和引導光束保持在1.9K(零下271攝氏度),比外太空2.7K的溫度更低,同時,在碰撞點形成宇宙中最高的溫度。因此大型強子對撞機是非常獨特的物體。

  我們無法排除宇宙中某個地方潛伏著另一種文明擁有比我們更先進的粒子物理程序,并獲得比大型強子對撞機更高的重離子碰撞能量的可能性。

  艾琳·邁爾(Eileen T。 Myer)

  美國馬里蘭大學物理學副教授

  我會問:“熱是什么意思?”許多人會直接告訴我:“熱就是最高溫度!”

  實際上“溫度”是一個比人們所認知更有內涵的一個概念。我們最常表達的溫度概念特指一些物體(例如:水、烤箱中氣體等)處于“熱平衡”的狀態。通俗地講,這意味著這些物質的任何一個單獨單位都有一個內能,它與其他的能量形式十分相似。如果你做一個柱狀統計圖,它們會形成一個鐘形曲線:大多數物質接近于能量平均值。在這種情況下,溫度就有了明確含義,因此我所說的這些“熱量”來源類型,實際在極端條件下持續了很長時間。宇宙最熱目標通常以兩種形式表現,一種類型是恒星中心區域,這里等離子非常密集,元素被融合在一起(最大、最快的燃燒恒星溫度達到2億攝氏度);另一種類型是星系團中星系之間延伸的氣體,它們也可以達到數億攝氏度的高溫環境,例如:El Gordo星系團。目前科學家仍在研究這些星系延伸氣體如何被加熱,多數人認為這與星系中心的超大質量黑洞爆發密切相關。

  當然,還有一種情形會超越上述兩種情況的溫度,雖然該情形持續時間非常短暫,僅是一瞬間,它是超大質量恒星演變超新星的時候,溫度可達到數十億攝氏度。

  對于“宇宙最熱”概念也可以解釋為“超級能量事件”,我也會將最好的詞語來形容我研究的宇宙目標,它是星系中心超大質量黑洞噴射的等離子噴射流,這些噴射流可能加熱主星系周圍的氣體。我們稱黑洞噴射流具有“相對性”,其中的等離子體完全電離,等離子體中的電子運動速度非常快——達到光速的99.9999%。科幻小說和太空旅行愛好者可能知道,當某種物體接近光速時,所需能量將呈指數級增長,這意味著讓物體運行得越快,就需要越來越多的能量。事實上,要將任何巨大物體達到光速都需要無限級的能量,因此黑洞噴射流所需的總動能非常巨大。從某種程度上講,它們是宇宙中能量最大的事件,這與它們長達數十萬年甚至更長時間的“壽命”有關。

  斯賓塞·克萊因(Spencer Klein)

  美國加州大學伯克利分校物理學家、勞倫斯·伯克利國家實驗室資深科學家

  什么是宇宙最熱目標?這個答案取決于“目標”的定義,溫度是衡量每個粒子平均能量的一種方法,但只有當大量粒子已經熱化(達到類似的平均能量),溫度才會起作用。我們永遠不會討論單個原子的溫度,就像我們不會將單個分子稱為液體或者氣體,如果單個粒子具有完全不同的能量,我們也不會使用溫度這個術語進行描述。

  正常情況下,我們通常用100-1000個粒子討論一個熱化系統,在個數量限制下,地球上最熱目標是夸克膠子等離子體(QGPs),是當歐洲核子研究委員會大型強子對撞機(LHC)碰撞兩個鉛核時產生的,當鉛核動能轉化為核物質時,會產生數千個夸克和膠子。夸克和膠子膨脹和冷卻,最終結合形成質子和其它強子,達到最高溫度取決于它們首次成為夸克膠子等離子體的時間,同時也取決于夸克和膠子相互作用達到的熱化程度,這一點并不是很好地理解。因此,要定義夸克膠子等離子體首次作為熱化目標存在的時間并不容易,一個計算出的初始時間相當于5.5萬億攝氏度,如果初始時間不同,溫度可能會升高或者降低50%。

  如果這個問題不受空間和時間的限制,那么宇宙大爆炸的溫度要比這個溫度高許多。就像夸克膠子等離子體一樣,決定它什么時候首次變成一個熱化物體取決于“目標目標”的定義,但即使忽略宇宙最早、非常熾熱的時期,宇宙溫度很容易達到100萬億攝氏度以上。

  凱文·皮姆布雷特(Kevin A。 Pimbblet)

  英國赫爾大學天體物理學資深講師

  如果我們對宇宙的定義包括過去發生的一切,那么宇宙中最熱的目標就是大爆炸自身。當前科學家認為,宇宙溫度接近大爆炸的那一刻,相當于達到1億億億億攝氏度。很顯然,這是人類日常生活難以想象的高溫,而且不是人們可以輕易測量的。

  那么我們能夠測量什么呢?令人驚訝的是,我們已測量了地球上一些非常熱的溫度條件。2012年,歐洲核子研究委員會大型強子對撞機以略低于光速運動的重離子碰撞在一起,產生了5萬億攝氏度的高溫,這是我們迄今測量到的最高溫度。

  但近期有什么新的發現嗎?科學家表明,近期發現一顆恒星坍塌過程,恒星內核可達到10億攝氏度。

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