宇宙大爆炸溫度

宇宙大爆炸溫度

絕對至高溫度一般被稱為普朗克溫度,以德國物理學家馬克斯·普朗克命名,是溫度的單位,簡記為Tp。它是自然單位系統中普朗克單位,並且是代表著量子力學中的一個基礎極限的普朗克單位。普朗克溫度是溫度的基礎上限;現代科學認為推測任何東西比這更熱是毫無意義的。據現時的物理宇宙學,這是宇宙大爆炸第一個瞬間的溫度(第一個單位普朗克時間)。

普朗克溫度 Tp=1.416833(85) × 10的32次方

背景資料


科學家最新一項實驗呈現出迄今地球上最熾熱的溫度,該溫度達到4萬 億攝氏度,是太陽中心區域溫度的25萬倍,更重要的是它將有助於科學家進一步理解宇宙大爆炸后的狀態。據英國每日郵報報道,日前,科學家一項最新研究創建了地球上最熾熱的溫度,該溫度可達到4萬億攝氏度。
這一溫度是太陽中心區域溫度的25萬倍,該溫度曾出現於宇宙大爆炸后短暫的瞬間,這種超熾熱爆炸實驗持續了不足十億分之一秒,這是美國紐約布魯克哈溫國家實驗室的一次大型原子碰撞實驗。

溫度實驗


該實驗將有助於揭示130億-140億年前超級宇宙大爆炸是如何形成的,4萬億攝氏度可以將普通物質分解成為亞原子類型的液態物質,這種物質狀況僅存在於宇宙誕生之初的數微秒期間。負責這項實驗的史蒂文-維格多(Steven Vigdor)博士說:“這一溫度非常高,足以融化質子和中子。”
這一超熾熱溫度形成於金離子碰撞,或者帶電金原子,在布魯克哈溫國家實驗室的相對重離子碰撞機(RHIC)中金離子以接近光速的速度發生碰撞。

實驗過程


離子碰撞模擬圖
離子碰撞模擬圖
相對重離子碰撞機是掩埋在紐約市厄普頓區地下3.6米處4公里長的炸面圈形狀的裝置系統中。科學家通過觀察實驗中釋放出的光線顏色測量超熾熱物質的溫度,美國研究人員花費了多年時間研究這種爆炸實驗的結果,期望尋找其中的細微變化,從而解釋宇宙大爆炸之後原始熾熱液態物質的狀況。維格多說:“相對重離子碰撞機是設計用於創建宇宙初期首次出現的溫度狀態。”在200萬攝氏度的溫度下,原子核中的質子和中子將融化,形成由夸克(構成原子的最小粒子)和膠子(一種理論上假設的無質量的粒子)這樣微小粒子構成的液態物質。這些液態物質在宇宙大爆炸之後的數微秒內,並充斥著整個宇宙,之後隨著溫度降低逐漸冷卻和凝結,形成了構成恆星、行星和宇宙灰塵的原子。
粒子物理學家通常認為原始夸克-膠子等離子能以氣體狀態存在,但最新研究顯示它們可以像液體一樣存在。
物理學家計劃於2010年使用位於瑞士的大型強子對撞機碰撞鉛離子,所形成的超熾熱溫度將複製宇宙誕生之初的瞬間狀態。據悉,宇宙超新星內核區域的溫度可達到20億攝氏度,而太陽中心區域溫度是5000萬攝氏度。

測溫方法


天文學家研究了72億光年遠(紅移為0.89)的一個未名星系的氣體。讓該氣體保持溫暖的唯一原因是宇宙微波背景輻射——也就是宇宙大爆炸后殘留下的光熱。巧合的是,在這個不知名的星系後方存在一個更加強大的星系,確切來說,是一個類星體(名為PKS 1830-211)。
從該類星體發出的無線電波會穿透前方的星系氣體。在此過程中,氣體分子吸收了無線電波的能量,因此在無線電波里留下了獨特的“足跡”。利用這個“足跡”,天文學家計算出氣體的溫度。他們發現溫度大約為5.08開爾文(相當於-270.27攝氏度)。