北京時(shí)間6月24日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，當(dāng)你在6月夏季汗流浹背的時(shí)候，你一定會(huì)認(rèn)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(huì)列入其中。事實(shí)上，科學(xué)家在地球上產(chǎn)生的高溫記錄是太陽溫度的數(shù)倍(以微觀區(qū)域動(dòng)能計(jì)算)。讓我們來和天文學(xué)家與物理學(xué)家一起探討宇宙中最熱的目標(biāo)究竟是什么?
▲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。
亞伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)
美國(guó)哈佛大學(xué)天文學(xué)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(diǎn)標(biāo)志著愛因斯坦引力理論的崩潰，物質(zhì)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(xué)來修改愛因斯坦方程，然而不幸的是，我們沒有一個(gè)可靠的量子引力理論能夠揭曉大爆炸前后究竟發(fā)生了什么?
最新研究報(bào)告稱，我們發(fā)現(xiàn)可以在宇宙微波背景下觀察大爆炸之前可能發(fā)生了什么。我們?cè)谟钪嬷邪l(fā)現(xiàn)的其它奇點(diǎn)是黑洞，我們希望觀察到的差異現(xiàn)象可使用相同的理解進(jìn)行解決。宇宙最熱的目標(biāo)，從一定意義上講，就是大爆炸。
詹姆斯·比徹姆(James Beacham)
杜克大學(xué)博士后研究員、歐洲核子研究委員會(huì)(CERN)粒子物理學(xué)家
我認(rèn)為，宇宙中最熱的目標(biāo)是重離子碰撞產(chǎn)生的碰撞點(diǎn)，就像位于美國(guó)長(zhǎng)島布魯克海文國(guó)立實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)和歐洲核子研究委員會(huì)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。也就是說，我們不能排除宇宙中某個(gè)地方潛在的一支文明擁有比地球人類更先進(jìn)的粒子物理程序，并獲得比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能量更高的重離子碰撞的可能性。
這是一個(gè)非常有趣的推論，當(dāng)我們?cè)诖笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)保持5萬億電子伏特下碰撞重離子，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是宇宙中最冷的延伸物體，因?yàn)?7公里長(zhǎng)的環(huán)形隧道可以彎曲和引導(dǎo)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(shí)，在碰撞點(diǎn)形成宇宙中最高的溫度。因此大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是非常獨(dú)特的物體。
我們無法排除宇宙中某個(gè)地方潛伏著另一種文明擁有比我們更先進(jìn)的粒子物理程序，并獲得比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)更高的重離子碰撞能量的可能性。
艾琳·邁爾(Eileen T。Myer)
美國(guó)馬里蘭大學(xué)物理學(xué)副教授
我會(huì)問：“熱是什么意思?”許多人會(huì)直接告訴我：“熱就是最高溫度!”
實(shí)際上“溫度”是一個(gè)比人們所認(rèn)知更有內(nèi)涵的一個(gè)概念。我們最常表達(dá)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(tài)。通俗地講，這意味著這些物質(zhì)的任何一個(gè)單獨(dú)單位都有一個(gè)內(nèi)能，它與其他的能量形式十分相似。如果你做一個(gè)柱狀統(tǒng)計(jì)圖，它們會(huì)形成一個(gè)鐘形曲線：大多數(shù)物質(zhì)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(shí)際在極端條件下持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間。宇宙最熱目標(biāo)通常以兩種形式表現(xiàn)，一種類型是恒星中心區(qū)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(dá)到2億攝氏度);另一種類型是星系團(tuán)中星系之間延伸的氣體，它們也可以達(dá)到數(shù)億攝氏度的高溫環(huán)境，例如：El Gordo星系團(tuán)。目前科學(xué)家仍在研究這些星系延伸氣體如何被加熱，多數(shù)人認(rèn)為這與星系中心的超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)密切相關(guān)。
當(dāng)然，還有一種情形會(huì)超越上述兩種情況的溫度，雖然該情形持續(xù)時(shí)間非常短暫，僅是一瞬間，它是超大質(zhì)量恒星演變超新星的時(shí)候，溫度可達(dá)到數(shù)十億攝氏度。
對(duì)于“宇宙最熱”概念也可以解釋為“超級(jí)能量事件”，我也會(huì)將最好的詞語來形容我研究的宇宙目標(biāo)，它是星系中心超大質(zhì)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(duì)性”，其中的等離子體完全電離，等離子體中的電子運(yùn)動(dòng)速度非常快——達(dá)到光速的99.9999%。科幻小說和太空旅行愛好者可能知道，當(dāng)某種物體接近光速時(shí)，所需能量將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這意味著讓物體運(yùn)行得越快，就需要越來越多的能量。事實(shí)上，要將任何巨大物體達(dá)到光速都需要無限級(jí)的能量，因此黑洞噴射流所需的總動(dòng)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(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的“壽命”有關(guān)。
斯賓塞·克萊因(Spencer Klein)
美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)家、勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家
什么是宇宙最熱目標(biāo)?這個(gè)答案取決于“目標(biāo)”的定義，溫度是衡量每個(gè)粒子平均能量的一種方法，但只有當(dāng)大量粒子已經(jīng)熱化(達(dá)到類似的平均能量)，溫度才會(huì)起作用。我們永遠(yuǎn)不會(huì)討論單個(gè)原子的溫度，就像我們不會(huì)將單個(gè)分子稱為液體或者氣體，如果單個(gè)粒子具有完全不同的能量，我們也不會(huì)使用溫度這個(gè)術(shù)語進(jìn)行描述。
正常情況下，我們通常用100-1000個(gè)粒子討論一個(gè)熱化系統(tǒng)，在個(gè)數(shù)量限制下，地球上最熱目標(biāo)是夸克膠子等離子體(QGPs)，是當(dāng)歐洲核子研究委員會(huì)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)碰撞兩個(gè)鉛核時(shí)產(chǎn)生的，當(dāng)鉛核動(dòng)能轉(zhuǎn)化為核物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)千個(gè)夸克和膠子。夸克和膠子膨脹和冷卻，最終結(jié)合形成質(zhì)子和其它強(qiáng)子，達(dá)到最高溫度取決于它們首次成為夸克膠子等離子體的時(shí)間，同時(shí)也取決于夸克和膠子相互作用達(dá)到的熱化程度，這一點(diǎn)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(biāo)存在的時(shí)間并不容易，一個(gè)計(jì)算出的初始時(shí)間相當(dāng)于5.5萬億攝氏度，如果初始時(shí)間不同，溫度可能會(huì)升高或者降低50%。
如果這個(gè)問題不受空間和時(shí)間的限制，那么宇宙大爆炸的溫度要比這個(gè)溫度高許多。就像夸克膠子等離子體一樣，決定它什么時(shí)候首次變成一個(gè)熱化物體取決于“目標(biāo)目標(biāo)”的定義，但即使忽略宇宙最早、非常熾熱的時(shí)期，宇宙溫度很容易達(dá)到100萬億攝氏度以上。
凱文·皮姆布雷特(Kevin A。Pimbblet)
英國(guó)赫爾大學(xué)天體物理學(xué)資深講師
如果我們對(duì)宇宙的定義包括過去發(fā)生的一切，那么宇宙中最熱的目標(biāo)就是大爆炸自身。當(dāng)前科學(xué)家認(rèn)為，宇宙溫度接近大爆炸的那一刻，相當(dāng)于達(dá)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(cè)量的。
那么我們能夠測(cè)量什么呢?令人驚訝的是，我們已測(cè)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(huì)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以略低于光速運(yùn)動(dòng)的重離子碰撞在一起，產(chǎn)生了5萬億攝氏度的高溫，這是我們迄今測(cè)量到的最高溫度。
但近期有什么新的發(fā)現(xiàn)嗎?科學(xué)家表明，近期發(fā)現(xiàn)一顆恒星坍塌過程，恒星內(nèi)核可達(dá)到10億攝氏度。
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