宇宙中哪里最冷,哪里最热?

地球上的天气总是不错。当然了,如果你住在西班牙布尔戈斯或者索里亚,你大可不必认同我的说法。不过,让我们乐观点吧,总会有人比你更惨,比如说,生活在世界最南端的阿根廷乌斯怀亚人,或者最北端的加拿大阿勒特人。我所说的“好天气”并不是指可以躺在沙滩上晒太阳的意思,而是指地球有着适宜生命存在的平均温度。

人体的温度往往在35到37摄氏度之间。如果体温超过了37摄氏度,说明我们发烧了;如果低于35摄氏度则是体温过低。尽管我们还没有成功,但在寻找地球以外的生命时,适宜的温度是最重要的参数之一。有时,生活的烦琐往往让我们忘记了人类是多么的稀有,又是多么的孤独与脆弱。

墨菲定律永远是正确的,因为事情永远都能变得更糟。如果我们被扔出地球,会立马在平均温度低至零下270摄氏度的太空中冻死。宇宙可真是太冷了!如果我们“幸运地”落在一颗星星上,就会迅速被几千度的高温烤熟。在我们的地球上,也存在着人类难以生存的极端温度,比如寒冷的极地、炎热的沙漠,以及8月15日那天的塞维利亚……不过,有一种极端微生物(更具体点说,是超嗜热生物)的细菌能够在70 摄氏度以上的高温中存活,如海底火山或是滚烫的水域。

极端微生物是一种微生物,它能够生存在温度高于100摄氏度的**环境中,如间歇泉中,能适应马里亚纳海沟的高压环境,也能在电池内的酸性环境中活下来,甚至,它还能去外太空逛逛!但这还不是最令人惊讶的特质。这种微生物能够通过化学合成,将硫、硅和其他无机物—甚至某些剧毒物质—转化为可以供其他生物进行生命活动的有机化合物。此外,由于它们可以将有毒有害的物质降解到自然环境中去,医学界已经耗费数十年来研究如何成功提取这种生物的DNA。

这种微生物的存在还带来了更多思考。如果它们能够在如此极端的环境中生存并且进行化学合成,那谁还会仅仅因为其他行星非常冷、非常热或存在有毒物质就打包票说那里不存在生命呢?事实上,在对印度的喀拉拉红雨样本进行分析时,人们在常温下分离出一种惰性细胞,它没有DNA,能够在121摄氏度的条件下繁殖,有人猜测这种细胞可能来自外星生物。它们有可能是地球上生命的起源,并在几千年前到过这里。要找到所有的答案可能需要时间,但与此同时,我们可以再进一步思考一下地球上不同环境中的微生物问题,比如说,在黄石国家公园里的大棱镜温泉中,明亮鲜艳的水体颜色会随着其中微生物的变化而变化……

那么,宇宙所存在的温度范围又是多少呢?为了解答这个问题,我们最好重新回忆一下第2章的内容:“温度”实质上是组成物质的分子的振动频率,热水中的分子要比冷水中的分子振动得更厉害。如果它们的振动频率过高,分子就会摆脱水的形态,从而以水蒸气的形式进入空气;如果它们的振动频率很低,就会形成固态的冰。因此,我们的感官所体会到的冷或热,不过是这些微观实体的振动。

现在,我们可以来探讨是否存在一个最低温度,而它又会是怎样的。既然我们已经知道温度与振动有关,我们应该可以理解,可能达到的最低温度应该是分子静止时的温度。这个温度确实存在,被称为“绝对零度”—零下273.15摄氏度(或0 开氏度)。科学家们通过观测微波背景辐射(一种类似于宇宙背景探测者卫星所记录的原始大爆炸的遗迹)而计算出,宇宙的平均温度是3 开氏度,仅仅比绝对零度高了3摄氏度。

当然,并不是宇宙中的每一处都处于如此低的温度。那么,存在的最高温度是多少?这很难计算,因为分子需要达到最高振动频率。这里便出现了一种新的物质状态,当气体分子剧烈振动时,它们会分解成原子,原子又会分解成质子、中子和电子等基本粒子,而这种原子分解形成的一团物质被称为“等离子体”,将会是最热的状态。因此,物质现在有四种状态:固态、液态、气态和等离子态。

不过,特别要指出的是,在已知的宇宙中,哪里最冷、哪里最热呢?我们通常认为回飞棒星云是宇宙中温度最低的地方(这个名称的由来是因为首批发现它的天文学家觉得它看上去像回飞棒)。它位于人马座上,距离地球约5000光年。1995年,经欧洲南方天文台位于智利的次微米波望远镜测量,回飞棒星云的温度只有1开氏度,或者说大约零下272摄氏度。这是在实验室外自然观测到的最低的温度,也是唯一一个温度低于宇宙微波辐射的物体。

为什么回飞棒星云会如此寒冷?这是因为它是由一团正在膨胀的气体组成,这些气体是从一颗正在死亡的恒星中喷溅出来的,而且,根据简单的热力学定律,气体膨胀时冷却,压缩时升温。可能有一天,当太阳死亡后,它也会变得如此寒冷,但这一天还有很久很久才会到来。

实验室里的最低温度就不一样了。目前,离绝对零度最近的一次发生在麻省理工学院的一间实验室里。2003年,诺贝尔奖得主沃尔夫冈·凯特尔成功达到了八百一十万亿分之一开氏度。在这样的温度下,大多数物质都会被冻结,但它们也像在液氦中一样出现了所谓的超流体现象,这是一种以没有黏性为特征的物质状态。

科学逸事:在后面的章节中,我们会看到,超流体的量子性质使它们有着奇怪的特点。比如说,从玻璃杯中向上流动而逃逸,或者渗进一面坚实的墙壁。

最高温度则来自围绕着RX J1347.5-1145星系团的一团气体,它距离地球约50亿光年,位于处女座上,经日本X射线天文卫星朱雀卫星的测量,它有着3亿摄氏度的高温。科学家至今还不清楚为什么它会有如此高的温度,据推测这可能是该区域内的星系高速碰撞造成的。但可以肯定的是,这是自从发生大爆炸后所探测到的最高温度。为了让你们有个参照,我告诉你们,太阳的中心也只不过是1500万摄氏度。这样一比,我们简直可以说,地球可真是凉快呢!

我把“宇宙中哪里最冷?(可别说索里亚)”这个问题发表在了各大社交网站上。

这里有一些充满智慧的评论:

Instagram

@paulavives12: 当我躺进一点也不暖和的被窝时,我的床是全宇宙最冷的地方了。

@aranchimpum: 我男朋友说是我们上床睡觉时,我踩在他背上的光脚。

@pieropippo3: 我前任的心。

@ttrisrf: 洗完澡后从我浴室到卧室的那段路。

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@Juan Sebastián López: 好人卡吧。

@Pedro Villarías: 我岳母的拥抱。简直是绝对零度,没什么比这拥抱更冷冰冰的了。