溫度是人類描述自然界中物質(zhì)的物理性質(zhì)的七大物理量之一，它描述的是大量粒子的熱運(yùn)動的劇烈程度，宏觀上表現(xiàn)為物體的冷熱程度。物質(zhì)是由大量粒子構(gòu)成的，溫度本質(zhì)上就是物質(zhì)內(nèi)部分子、原子等粒子的平均動能的體現(xiàn)，體系中的平均動能越高，溫度也就越高。
在我們的認(rèn)知中，最熱無非就是恒星上。恒星就是一個大火球，以太陽為例，其表面的溫度大約為5500攝氏度，其內(nèi)部的核心溫度為1500萬攝氏度，而某些超大質(zhì)量恒星內(nèi)部的溫度可以達(dá)到數(shù)10億度。
實際上，宇宙中既存在溫度下限，也存在溫度上限。
溫度的上限
宇宙中的最高溫度是普朗克溫度，它是138億年前宇宙大爆炸開始后第1個普朗克時間內(nèi)的宇宙溫度。
普朗克時間，即5.4×10^-44秒，這是量子世界中的最小時間間隔，沒有比這更短的時間了。大爆炸發(fā)生后的那一個普朗克時間內(nèi)，宇宙的尺度幾乎為0，宇宙中所有的質(zhì)能都集中在這個微小的維度內(nèi)，此時的溫度和壓力也是最高的，這個宇宙中曾經(jīng)存在的最高溫度理論上可達(dá)1.42×10^32攝氏度，即1.4億億億億攝氏度。
宇宙在大爆炸之前還是一個奇點，那時時空曲率無限大，密度無限大，因此有觀點認(rèn)為宇宙在那時的溫度也是無限高。可在那種狀態(tài)下，物質(zhì)以什么狀態(tài)存在，是否還具有粒子的形態(tài)，是否還能保持運(yùn)動狀態(tài)，這些我們都不清楚，這種狀態(tài)下應(yīng)該就不存在溫度這個概念了。
溫度的高低與粒子的熱運(yùn)動的劇烈程度有關(guān)，如果體系中粒子的平均動能無限大，是否意味著溫度就能無限高呢？
如圖所示，不同溫度下粒子的運(yùn)動速度不同，溫度越高，運(yùn)動越劇烈。
根據(jù)相對論，任何粒子的運(yùn)動速度都不可能達(dá)到或者超過光速，只能無限接近于光速。當(dāng)粒子的速度趨近于光速時，動能會趨于無限大，按理來說，溫度也會趨于無限大。實際上，在此過程中，粒子的質(zhì)量也會趨于無限大，當(dāng)超過某個臨界值時，便會坍縮成為黑洞。此時，物質(zhì)陷入時空奇點內(nèi)，也就沒有溫度概念了。這個臨界值便是粒子的普朗克質(zhì)量，它是粒子的康普頓波長等于其史瓦西半徑時的質(zhì)量。故而，這個宇宙中的理論最高溫被稱之為普朗克溫度。
溫度的下限
宇宙中的最低溫度是指絕對零度，即零下273.15℃。
靜止是相對的，不存在絕對的靜止?fàn)顟B(tài)。物質(zhì)是由粒子構(gòu)成的，而這些粒子在永不停息的做無規(guī)則的熱運(yùn)動。微觀粒子都具有不確定性，其位置和動量永遠(yuǎn)處于不斷的變化之中，其平均動能永遠(yuǎn)不可能為0。這意味著，任何物質(zhì)的溫度都不可能達(dá)到絕對零度。絕對零度不可達(dá)，這便是熱力學(xué)第三定律。
如圖所示，在零下200多度的超低溫狀態(tài)下，導(dǎo)體將會表現(xiàn)出超導(dǎo)特性。
早在上世紀(jì)70年代，科學(xué)家便使用激光形成光阱，將粒子困在其中，限制其運(yùn)動，這被稱之為激光冷卻技術(shù)。它能夠在極小的空間范圍內(nèi)將物質(zhì)的溫度降到極其接近絕對零度的狀態(tài)，但仍然無法達(dá)到絕對零度。在宇宙中，某些星云的溫度就十分接近絕對零度。
此圖為激光冷卻技術(shù)原理示意圖。
之所以會出現(xiàn)-273.15這個數(shù)值，與我們采用的溫標(biāo)有關(guān)。在日常生活中，我們以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物的溫度為0℃，水的沸點為100℃，正是這樣才有那個-273.15℃。如果我們將絕對零度定義為溫標(biāo)的零點，那么宇宙中的最低溫度將是0開爾文，也就不會出現(xiàn)負(fù)數(shù)了。這種溫標(biāo)被稱之為熱力學(xué)溫標(biāo)。
結(jié)語
簡單來說，溫度與基本粒子的運(yùn)動快慢有關(guān)，下限就是粒子停止運(yùn)動，上限就是粒子的運(yùn)動極限。但不管是最高溫，還是最低溫，都只能存在于理論上。
不過，目前還沒有實驗?zāi)軌蚴刮镔|(zhì)的溫度降到絕對零度，正如還沒有發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的運(yùn)動速度能夠超過真空中的光速，所以這個觀點還是十分牢靠的。
相較之下，目前在實驗室中所達(dá)到的最高溫度是歐洲強(qiáng)子對撞中心粒子碰撞時所產(chǎn)生的溫度，高達(dá)10萬億攝氏度，但與理論上限相差甚遠(yuǎn)。其實，永遠(yuǎn)不可能再現(xiàn)宇宙大爆炸那一剎那所存在的歷史最高溫了，除非再來一次宇宙大爆炸。
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