天文小问答：宇宙到底有多热？

 

简介：我们的宇宙有多热？大尺度气体团平均2千万开尔文，大爆炸微波背景辐射平均2.75开尔文，太阳内部温度15.7千万开尔文….

 

宇宙充满着星系，恒星，行星，尘埃和气体，也有很多极端现象 - 极大的质量，极致的结构与特征。

科学家们在努力认知我们所身处的宇宙，而关于宇宙本质的一些最基本问题的却仍然令人费解。它有多大？它是如何产生的？

几百年来，科学家们都无法对这些问题给与很好的解答。但我们正接近其中一个问题的答案：宇宙有多热？

那么，宇宙到底有多热？

最近的一项研究发现，宇宙中大型结构（包括星系和星系团）的热气体平均温度为200万开尔文，即1,999,726.85摄氏度。科维理宇宙物理学与数学研究所的研究员真喜屋龙说，这些气体构成了宇宙中大部分可见物质。

“（宇宙膨胀的）拖拽力是巨大的 - 它如此猛烈，以至于越来越多的气体被震荡并加热。”

但事情比这更为复杂：宇宙中每一个不同的物体都具有不同的温度。根据世界科学节的消息，太阳内部的温度达到1570万开尔文。而宇宙大爆炸（Big Bang）留下的宇宙微波背景（CMB）辐射仅为2.75开尔文。

宇宙大爆炸时有多热？

麻省理工学院实验物理学杰出教授克劳德·卡尼扎雷斯（Claude Canizares）告诉《逆反》杂志，科学家认为在大爆炸之际，宇宙的温度可能接近无限大。

他说：“我们有充分的理由认为宇宙在大爆炸的（第一秒中的前无限短）一瞬间，是非常热的。”

他解释说：“与现在不同，当时的宇宙可能是完全同质的，它由夸克-胶子汤组成，随着汤的膨胀和冷却，质子和中子最终从其中涌现出来。”

宇宙的温度是否随着时间的推移而变化？

在大约138亿年前的大爆炸之后，宇宙开始迅速膨胀，温度也急剧降低。

但随着宇宙的同质化程度降低并分化为现今的结构（例如星系），整个宇宙的温度范围也变得多样起来。

例如，宇宙微波背景(CMB)辐射从10,000开尔文降至现在的2.75开尔文。气体云坍塌行成恒星，当核反应在恒星内部发生时温度就会增加。

是什么推动了宇宙的温度变化？

宇宙微波背景(CMB)的温度随着宇宙的膨胀而冷却，因为膨胀过程会扩展宇宙微波背景(CMB)中光子的波长。波长越长，能量就越少，因此温度就越低。

但是由于重力的作用，在相同的膨胀过程中也产生了新的热源。

 

宇宙微波背景的温度可以帮助揭示宇宙温度随时间的变化情况. NASA戈达尔太空飞行中心/ COBE科学集团

 

“随着宇宙的演变，引力将暗物质和空间中的气体汇集到星系和星系团中，” 俄亥俄州立大学宇宙学和天体粒子物理学中心研究员江奕宽在一份声明中说。 “（宇宙膨胀的）拖拽力是猛烈的—如此猛烈，以致越来越多的气体被震荡和加热。”

研究人员认为，在过去的80亿年中，这一过程使宇宙中热气体的平均温度增加了两倍。

 

研究人员如何测量宇宙温度？

研究人员可以通过研究从宇宙微波背景(CMB)传播到地球的光子畸变来测量宇宙大规模结构中热气体的温度。

当光子通过热气体时会吸收气体中的一些能量。研究人员可以发现和测量这种变化并用于计算热气体的温度。

但是要注意，这不代表我们了解了宇宙中所有东西的温度。

关于宇宙的未来, 温度告诉了我们什么？

研究宇宙温度是宇宙学的重要组成部分。宇宙学家致力于了解宇宙的起源以及宇宙如何随着时间变化。获得有关宇宙温度状况的新见解有助于研究人员测试和开发宇宙模型，温度变化可以告诉我们宇宙结构的信息。

热一定来自某种物理或能量过程。在已知物理学定律的背景下评估温度数据，可以帮助研究人员构建最能解释宇宙运行的理论。

 

作者: inverse

FY: 行露

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处