一、最低溫度只有-273度，最高卻能達(dá)到1.4億億億億度

溫度時(shí)時(shí)刻刻影響著我們的生活，我們都知道宇宙中的最低溫度是零下273.15度，這也被稱為絕對零度。當(dāng)然，根據(jù)熱力學(xué)定律，這個(gè)溫度是達(dá)不到的。那宇宙中的最高溫度是多少呢？

溫度

要搞清楚這個(gè)問題之前，我們得先搞清楚：溫度到底是什么？

實(shí)際上，關(guān)于溫度的定義有很多。但是，人類對于熱現(xiàn)象的微觀理解直接促進(jìn)了熱力學(xué)的發(fā)展。因此，我們這里就聊一聊：從微觀視角來看，熱（溫度）到底是什么？

具體的定義是這樣的：

物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。

那該如何理解呢？

我們都知道，萬物都是由微觀粒子構(gòu)成的，但是粒子并不是整齊劃一地排排隊(duì)。實(shí)際上，粒子是時(shí)刻都在動。

這一動，就有快又慢。不過我們不可能一個(gè)個(gè)粒子去看，更沒辦法一個(gè)個(gè)去測量。不過，我們可以采用統(tǒng)計(jì)的方法。也就是說，從整體上看粒子的平均動能。平均動能越大，說明溫度就越高；平均動能越慢，說明溫度越低。

這里補(bǔ)充一點(diǎn)，很多所說太空中是絕對零度的，這句話是有問題的。首先，溫度要體現(xiàn)出來的前提是有足夠的粒子數(shù)。而宇宙空間是十分空曠的，平均密度不到一立方米一個(gè)氫原子的水平。因此，太空實(shí)際上并不能夠顯現(xiàn)溫度。其次，太空也不是絕對零度，而是2.7K，比絕對零度高2度，至于為什么，我們下文會說到。

最低溫度

知道了最低溫度，我們再來看看最低溫度零下273.15度是咋來的？

上文也說到了，從微觀視角上看，溫度的本質(zhì)是粒子的熱運(yùn)動。所以，其實(shí)我們很容易得出，當(dāng)分子的平均動能最低時(shí)，所對應(yīng)的就是絕對零度。

照理說，應(yīng)該就是粒子一動不動時(shí)所對應(yīng)的溫度。不過，事實(shí)并非如此。描述微觀粒子的理論是量子力學(xué)，就是下圖里的這群大佬共同努力搞出來。

而在量子力學(xué)當(dāng)中有一條基礎(chǔ)理論叫做：不確定性原理，是由科學(xué)家海森堡提出來的。

這個(gè)理論的意思是說，粒子的位置信息和動量信息是不可能同時(shí)被測得的，而且當(dāng)你測到了它的位置信息時(shí)，動量信息就測不準(zhǔn)了，反之亦然。這是因?yàn)橛^測本身都會影響到粒子。

所以，根據(jù)不確定性原理，這些粒子在絕對零度時(shí)，并非是完全不動的，而是在一定范圍內(nèi)振動。而此時(shí)的溫度根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算，就是零下273.15度。不過，按照熱力學(xué)定律，絕對零度是達(dá)不到的，當(dāng)然，科學(xué)家是不可能被理論所阻擾的?？茖W(xué)家一直在試圖在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)絕對零度，但至今也沒有成功。

最高溫度

說了完最低溫度，我們來說說最高溫度?？陀^地說，我們是不知道溫度有沒有上限的。因?yàn)槲覀儾恢赖氖虑槠鋵?shí)還有很多。我們現(xiàn)在只能說，按照目前的理論，我知道從宇宙誕生之初至今的最高溫度是多少。那這個(gè)溫度是多少呢？

這要從宇宙大爆炸說起，話說我們的宇宙起源于138億年前的一次“奇點(diǎn)"大爆炸。

按照目前的理論，我們無法描述“奇點(diǎn)”的物理學(xué)。我們所知道的事情都是大爆炸之后的事情。而大爆炸之后，宇宙的空間開始劇烈地膨脹。

宇宙初期的溫度實(shí)際上非常高，隨著空間的膨脹，溫度逐漸下降，持續(xù)至今，溫度降到了2.7K，也就是比絕對零度高了2.7度。（所以，太空的真實(shí)溫度是2.7K，而不是絕對零度，但由于粒子數(shù)太少，很難顯現(xiàn)出這個(gè)溫度。）

根據(jù)這個(gè)認(rèn)知，我們這個(gè)宇宙的最高溫度實(shí)際上就是宇宙大爆炸的一刻的溫度。那這個(gè)溫度是多少呢？

科學(xué)家通過理論計(jì)算也得到的結(jié)果是：1.4*10^32K。也就是1.4億億億億度。

這里要補(bǔ)充一點(diǎn)，這個(gè)宇宙大爆炸的第一刻是有說法的。根據(jù)量子力學(xué)，我們所知道的其實(shí)是宇宙大爆炸之后10^-43秒的溫度，這是10^-43秒是我們目前已知的最小的時(shí)間跨度，也被我們稱為：普朗克時(shí)間，因此，這個(gè)1.4億億億億度也被我們稱為普朗克溫度。那么問題來了，我們其實(shí)并不知道在普朗克時(shí)間以內(nèi)發(fā)生了什么，溫度是多少。

因此，普朗克溫度只能說是按照目前的理論，我們所知道的溫度上限值。

想必你一定知道絕對零度是-273.15℃，那問題來了，為什么絕對零度會是這個(gè)數(shù)字？會不會隨著我們認(rèn)知的提升，絕對零度也發(fā)生改變？其實(shí)，答案很顯然，絕對零度并不會改變。那具體是咋回事呢？

溫度

為什么我們能夠感受到溫度的存在？這個(gè)問題的本質(zhì)是在問：熱到底是什么？

一開始確實(shí)困擾著科學(xué)家們，一開始有人認(rèn)為“熱”是一種物質(zhì)，就好像空氣一樣附著在物體上，這也被稱為熱質(zhì)說。但后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這個(gè)解釋行不通，尤其是我們發(fā)現(xiàn)：摩擦也可以生熱。

因此，基于“摩擦生熱”的現(xiàn)象，科學(xué)家就在思考：熱會不會是一種運(yùn)動？

這也引來了一群科學(xué)家進(jìn)行研究，并且他們提出了“熱現(xiàn)象”的微觀解釋：物體分子熱運(yùn)動。因此，溫度也就是物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。

那該如何去理解呢？我們知道，物體都是由微觀粒子構(gòu)成的，比如：水是由水分子構(gòu)成。但這些微觀粒子并不是整整齊齊，一個(gè)緊挨著一個(gè)地排列在一起。實(shí)際上，它們的狀態(tài)更像是橫七豎八地到處亂逛。

我們感覺到一個(gè)物體溫度高，實(shí)際上就是這些微觀粒子，從整體上看運(yùn)動得很劇烈，我們用分子的平均動能來衡量。也就是說，當(dāng)溫度越高時(shí)，分子的平均動能就越大，反之亦然。

絕對零度是什么樣的？

知道了溫度到底是什么，其實(shí)也就很容易推出絕度零度。由于溫度和分子的熱運(yùn)動有關(guān)，因此，絕對零度理所應(yīng)當(dāng)就是分子熱運(yùn)動最不劇烈所對應(yīng)的溫度，或者說分子幾乎不動所對應(yīng)的溫度，通過這個(gè)推論，我們就知道，絕對零度應(yīng)該對應(yīng)的是-273.15℃。

當(dāng)然，這里我們要補(bǔ)充一點(diǎn)，我們熱力學(xué)定律大多都是18-19世紀(jì)提出來的，隨著科學(xué)的發(fā)展，人類的認(rèn)知也在提升。20世紀(jì)誕生了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。其中，量子力學(xué)是微觀世界的主流理論。而在量子力學(xué)中有一條基石理論：不確定性原理。這是由科學(xué)家海森堡提出來的。

他認(rèn)為，一個(gè)微觀粒子的位置信息和動量信息是不可能同時(shí)被我們觀測到的，如果你把位置信息測得很準(zhǔn)，那動量信息就不準(zhǔn)了；同樣地，如果你把動量信息測得很準(zhǔn)，位置信息也就不準(zhǔn)了。

隨著20世紀(jì)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的發(fā)展，不確定性原理已經(jīng)被證明是非常堅(jiān)實(shí)的理論了。因此，按照不確定性原理，絕對零度時(shí)，微觀粒子不可能是靜止的。

如果微觀粒子是靜止的，我們就可以同時(shí)知道微觀粒子的位置信息和動量信息了，這違背了海森堡不確定原理。所以，微觀粒子在最低能量狀態(tài)時(shí)，也應(yīng)該是在一定范圍內(nèi)振動。

從絕對零度的定義來看，未來無論科學(xué)如何發(fā)展，這個(gè)溫度都不可能變。這是因?yàn)榻^對零度所對應(yīng)的是微觀粒子的平均動能在量子力學(xué)的最低時(shí)的溫度，不可能出現(xiàn)比最低還要低的情況。因此，不可能出現(xiàn)比絕對零度還要低的溫度。

不僅如此，應(yīng)該說，連絕對零度都是不可能達(dá)到的。為什么這么說呢？

絕對零度能達(dá)到么？

這來自于熱力學(xué)第三定律。這個(gè)定律是這么表述的：

理想狀態(tài)下，所有純物質(zhì)的完美晶體趨近于絕對零度時(shí)，熵值為零。

或者說，絕對零度不可達(dá)到。

這個(gè)定律最早是由瓦爾特·能斯特總結(jié)而來的，是熱力學(xué)四大定律之一。

其實(shí)要理解這個(gè)理論，我們可以來想象一下，如果你要讓溫度降低，你會如何做？

熱的傳遞一般分為三種形式：熱對流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。

無論用什么樣的辦法，如果要讓物體降溫，我們就得利用更低溫度的東西來給它降溫。問題是絕對零度已經(jīng)是最低溫度了，我們?nèi)绾文靡粋€(gè)比絕對零度的東西來給它降溫呢？

當(dāng)然，對于熱力學(xué)第三定律，很多科學(xué)家是很愿意挑戰(zhàn)的，他們用"絕熱去磁”來降溫，用這個(gè)辦法實(shí)現(xiàn)了只比絕對零度高5*10^-10K，但始終沒能達(dá)到0K。

總結(jié)

絕對零度是微觀粒子的平均動能，在量子力學(xué)的最低點(diǎn)時(shí)所對應(yīng)的溫度。根據(jù)熱力學(xué)第三定律，絕對零度是不可能達(dá)到，更不能存在比絕對零度還要低的溫度。