不用说大家都知道宇宙中温度最高就是普朗克温度,而温度最高时的状态就是宇宙大爆炸发生前高温致密的奇点,但这个温度是怎么来的,奇点说又是如何诞生的,这是我们感兴趣所在!
普朗克温度的由来
从微观的角度来理解,温度表示的是物质的微观粒子运动剧烈程度,两者有着不可分割的关系,你不能说一个物体温度很高但它的微观粒子不运动,这是矛盾的,可以用如下公式来表示!
T为温度,m为n个微粒组成的物质质量,v为速度,K为玻尔兹曼常数,这个公式将温度和微观粒子的运动建立起了关系!那么宇宙中最高温度我们就可以推算出来了,有质量的物体最高运动速度是光速,因此只要将光速代入公式即可推算出最高温度的极限值,如下:
各项参数都已经有了,不过这里要说明下普朗克质量,它是是粒子的康普顿波长与其史瓦西半径 相比拟时的质量,是粒子质量的理论最大值!计算出的普朗克温度是1.416808(33)×10^32K,但我们必须要了解几个关键要素:
普朗克温度不是测量得到的,而是根据各项参数的最大值推算出来的
普朗克温度是宇宙中温度的理论最大值
了解了普朗克温度的来历后我们再来讨论下奇点!
宇宙大爆炸论的前世今生
宇宙大爆炸到底是不是宇宙诞生的唯一选项,我们并不能100%肯定,但到现在为止是这个解析比较符合现代宇宙的发展,那么它是怎么来的呢?
1916年爱因斯坦发表了广义相对论,其中的引力场方程的前途几乎就可以扩大到整个宇宙。
1922年弗里德曼假设宇宙物质分布是均匀的,推导出了宇宙形状的弗里德曼的方程。
1928年勒梅特在求解弗里德曼方程时提出了和弗里德曼一样的观点。
1929年天文学家哈勃发现宇宙膨胀,并且确定膨胀速率的哈勃常数。
根据宇宙膨胀结果推测过去的宇宙曾经处在先当紧密的一个空间内,物理学家推测这个空间可能处在高温致密的状态。
1949年弗雷德·霍伊尔在BBC的一次节目中首次将勒梅特的观点称之为大爆炸,这是第一次使用宇宙大爆炸的来历!
1964年阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了宇宙微波背景辐射!至此从宇宙膨胀反推到到宇宙大爆炸后的余晖发现,宇宙诞生于一场大爆炸证据也越来越充分!
后期射电天文的发展,对于原初元素的丰度也和大爆炸理论计算值非常接近。至此大爆炸理论已经成为了宇宙诞生的标配!
奇点的诞生
大爆炸都诞生宇宙了,为什么还没有诞生奇点?早期的大爆炸模型已经建立很完善了,但对于宇宙诞生的那一刻仍然是一脸懵逼,1965年罗杰·彭罗斯于1965年提出了黑洞中心的时空奇点的理论,霍金受到启发,在1966年3月发表了《奇点与时空几何》,初步提出了大爆炸奇点的想法!
霍金和彭罗斯认为,宇宙的诞生之初必定有一个起点,时间与空间就从最初的起点开始演化,1968年霍金与彭罗斯共同发表论文,认为宇宙遵守广义相对论,并且含有足够多的物质,那么宇宙必定起始于大爆炸奇点!
但广义相对论在到达普朗克温度前就会失效,是不是很奇特,宇宙遵守广义相对论,但它的诞生时广义相对论是不存在的,不过量子引力论可以避免宇宙诞生于连广相都不适应的奇点!
因此到现在为止奇点论仍然是假设,另外不需要起点的宇宙诞生大致有如下几个理论:
哈特尔-霍金无边界条件的时空有限模型也不需要奇点存在。
弦理论中膜的运动的膜宇宙模型没有奇点什么事,而且还认为宇宙是周而复始的
混沌暴胀理论,每次爆炸都会诞生新的宇宙。
一个假设的宇宙诞生奇点论,在宇宙诞生的尽头,广相已经失效,奇点的温度达到了普朗克温度,大爆炸即刻发生,整个宇宙的物质被压缩一个奇点,这是一个神奇的经历,而宇宙在不到1S的时间内即诞生质子中子等一些列宇宙中最基本的组成,那更是一个梦幻般的经历,但关于所有一切起源的奇点,到底有没有,仍然有待科学家去验证!