奇点
1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,其中有个广义相对论引力场方程。从这个方程中,爱因斯坦发现,宇宙竟然是一个动态的,会膨胀的宇宙。可那个时候,大多人对于宇宙的看法其实并不是这样,他们认为宇宙是永恒的,是静态的。意思就是,从古到今,宇宙都这样,几乎没什么变化。于是,为了不颠覆自己的三观,爱因斯坦在方程中加了一个宇宙学常数,这样就抵消了宇宙膨胀的效应。
可是好景不长,没过多少年,有位天文学家叫做哈勃,他在观测星系时,就发现星系有红移的现象,也就是说,这些星系正在离我们远去。而且这种远去的方式很古怪,是宇宙中各个位置的星系似乎都有类似的情况。后来,随着深入地研究,他们发现,宇宙其实是在各个部分等比例的膨胀。(据说,爱因斯坦得知这件事时特别懊悔当初加了那个宇宙学常数,直接错过了一个极为重大的发现。)
如果,宇宙是在随着时间膨胀的,那么如果沿着时间的方向倒推,那宇宙应该起源于一个点,这个点后来被我们称为奇点。
而奇点其实真的是很奇怪,因为现有的物理学理论是没有办法描述奇点的,无论是广义相对论还是量子力学都不行。目前,只有霍金和彭罗斯尝试用数学方式证明奇点是可能存在的,仅此而已。一般认为,奇点是一个体积无限小,密度无限大,时空曲率无限大的点。
宇宙大爆炸
大约在距今138亿年前,宇宙诞生于一场大爆炸,在宇宙大爆炸的最初10^(-44)秒内,宇宙到底发生了什么,我们现在还不得而知,10^(-44)秒是时间的最小间隔,被我们称为普朗克时间。此时,目前宇宙中的四大作用力还统一在一起,没有分离开。
而宇宙第一瞬间显现出来的温度,被我们称为普朗克温度,这个温度是1.4*10^32开,也就是我们目前所知道的宇宙曾经出现过的最高温度。因此,我们目前可以暂且把这个温度看成是宇宙中的最高温度。
而我们要知道的是,普朗克温度其实已经是温度的上限值了,按照目前的理论,无论用什么样的办法,都没有办法使得温度高于这个温度。
(不过也要补充一点,之所以会有这样的结论,是因为目前广义相对论一直无法和量子力学实现结合起来,我们缺少量子引力论的相关理论。所以,或许未来这方面的研究可能会改变我们对于普朗克时间和普朗克温度的一些看法。)
在这之后,宇宙的温度一直在持续下降,在38万年左右,宇宙的温度降到了只有3000开左右,而直至今日,宇宙的温度下降到了2.72开。
按照热力学定律,绝对零度也是达不到的,2.72开只比绝对零度高2.72开,所以已经非常接近了。之所以说达不到绝对零度,是因为按照理论,温度的本质其实是分子热运动的剧烈程度。
绝对零度(零下273.15开)时,粒子就应该是几乎静止不动。(实际上,由于量子不确定性原理的存在,它们还是会在一定区间内振动。)
而我们要使温度下降,实际上常规的作用是利用更低的温度来令其降温,但是绝对零度已经是最低温度了,我们根本无法搞出比绝对零度更低的温度。而科学家也有尝试利用激光在微观层面上进行操作,虽然一直无限逼近绝对零度,但至今还没有打破热力学定律的束缚,这就让我们拭目以待吧。
总结
因此,宇宙中存在着一个温度的上限,被我们称为普朗克温度,具体的数值是1.4*10^32开,这是宇宙诞生第一瞬间显现出来的温度,从这之后,温度就开始逐渐下降。而按照目前理论,绝对零度是宇宙中的最低温度,是零下273.15开,按照目前的理论,绝对零度达不到,如果真的能达到,粒子应该是在一定范围内振动,而不是一动不动。