Question

宇宙最高温度是1.4亿亿亿亿度，为何最低温却只有蒜头聊科学的回答

Answer 1

为何最低温是-273℃（绝对零度），我们首先需要了解温度的本质。就像我们奔跑时会越来越热，组成这个世界的微观粒子也和我们一样，运动的速度越快，动能越高，物质的温度也就越高。

绝对零度——微观粒子完全静止的温度？

绝对零度，-273.15℃，0K（开氏度），就是微观粒子完全静止后的温度。在此温度下，微观分子没有任何动能和势能，理论上来说，只要存在物质，就不可能到达绝对零度。

在人类生活的这个空间，必定存在能量和热量，并且会不断进行转换而并非消失，因此绝对零度基本不可能实现，就算在宇宙空间，绝对零度也不存在，只有一开始就不存在任何物质、能量的空间，才可以到达绝对零度。

目前科学家发现的最冷之地是 “布莫让星云” ，温度大约是-272℃，只比绝对零度高1℃左右，是目前已知的最冷之地。

无限高温——温度有上限吗？

理论上来说，只要粒子拥有无限的能量，就可以到达无限高的温度。

在地球上，科学家就通过粒子的热爆炸实验，产生过5.5万亿摄氏度的高温，在宇宙中，人类的5.5万亿摄氏度也只是大巫见小巫，目前科学家没有找到任何可以限制温度上升的理论，只要你有足够的能量，温度或许没有上限！

科学家提出过“宇宙种子”的理论，将宇宙级别的能量灌输到一个奇点上，或许可以模拟宇宙大爆炸，创造出一个“子宇宙”。

穿越未来——宇宙未来或许就是绝对零度？

宇宙大爆炸以来，暗能量一直推动宇宙加速膨胀，这个趋势从来没有发生过改变，宇宙的未来会被黑洞占领，而黑洞又会因为霍金辐射而消失，最终宇宙只剩下微观粒子，除非暗能量出现变化，让宇宙产生“大坍塌”。

质子衰变是尚未验证的理论，在正常情况下，质子有可能会自发分解，最终宇宙所有物质都会消失，这时候的宇宙是真正的“虚无”，温度也会到达绝对零度。

宇宙的物质全部消失，至少需要10^39年，那时候的宇宙早已不可能存在生命。

事实上，在整个宇宙的发展历程中，只有1万亿年的时间适合生命生存，生命想要永远繁衍生息，首先需要离开所在的星系，最终需要离开整个宇宙，寻找另外一个适合生存的宇宙。

宇宙留给人类的时间尚且充足，未来人类或许可以完全理解宇宙，创造多个“子宇宙”；或许只能随波逐流，跟随银河系或宇宙一同灭亡...

理论上，温度并不存在上限，温度能够达到任意高的程度，可以远超1.4亿亿亿亿度。但温度存在一个理论下限，大约为-273.15摄氏度。那么，为什么温度没有上限？为什么宇宙中出现过的最高温度是1.4亿亿亿亿度？为什么温度又会有下限呢？

事实上，所有这些问题与温度的产生机制有关系。无论什么物体，从微观角度来看，它们都由原子、分子或者离子组成。根据相对论和量子力学，构成物体的各种粒子不是绝对静止的。因为相对论表明，宇宙中的参照系都是平权的，没有绝对静止的参照系。而且不确定性原理也禁止出现绝对静止的情况，一旦粒子绝对静止，它们的不确定性消失，其位置和动量会被完全确定下来。

因此，粒子必然会做永不静止的热运动。粒子热运动会让宏观物体产生热量，为了衡量这种冷热程度，就需要温度这个参数。粒子热运动的剧烈程度越大，平均动能越大，宏观物体的温度就越高。

理论上，当粒子热运动完全停歇时，温度将会达到最低的绝对零度。根据实验的测量，可以计算出最低温度约为-273.15摄氏度。在热力学中，最低温度被定义为0开氏度。

另一方面，虽然狭义相对论禁止有质量粒子的运动速度达到光速，但这并不意味着它们的动能不会无限增加。根据狭义相对论，随着粒子的运动速度无限趋于光速，它们的动能也会趋于无穷大，所以温度也会随之趋于无限高。

但在宇宙中，温度从来没有达到过无限高。根据标准宇宙模型，宇宙的最高温度出现在138亿年前宇宙创生的最初时刻，这个温度是普朗克温度，其大小约为1.4×10^32度，即1.4亿亿亿亿度。

在普朗克温度下，宇宙中已知的一切物质、原子和基本粒子都无法存在，已知的四种基本力将会统一在一起。在现有的理论中，人类所能理解和描述的最高温度是普朗克温度。如果想要知道比普朗克温度更高的温度是怎样的，需要量子引力理论。但迄今为止，广义相对论还未能完成量子化，它尚未与量子力学相统一。

宇宙中理论最高温度是普朗克温度，指得是宇宙大爆炸开始后的第一个普朗克时间内宇宙的温度，在这个时间段内宇宙的尺寸几乎为零，聚集着宇宙中的总质能，压力和热量几乎都是无限大的，因此这一时间段温度最高可以达到1.42×10^32K（开尔文），也就是1.4亿亿亿亿开尔文

而宇宙中的最低温度指得是绝对零度，实际上是热力学上的最低温度为-273.15℃。从热力学的角度来考虑，一个物体外在体现出温度，那么微观角度上来看与原子、分子的平均动能有关，根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布平均动能越高，物质温度就越高。

如果物质微观原子、分子的平均动能有一个最低限制，表现出的温度就是绝对零度。理论上来讲当微观粒子彻底静止的时候温度最低，但是根据量子力学这种情况并不存在。这是理论上的最低温度，现实生活中发现的最低温度是回力棒星云，在半人马座方向距离地球5000光年。温度为-272.15°C，只比绝对零度高个一摄氏度左右。

宇宙中既有最高温度，也有最低温度，这些都有理论上的支持，目前的实际观测发现也是如此，尤其是最低温度打破不了绝对零度。而最高温度是否为1.4亿亿亿亿度，目前就无法确定了，但只能说目前没有发现而已。地球内部的温度可以达到6000开，一般恒星内部温度可以达到十几万开，而超大质量恒星内部温度可以达到数十亿开，但是这些高温与普朗克温度还是差的很远。
再有的是最低温度和最高温度差别很大，主要是与人类设置的“零度”有关，才会体现出最低温度是零下几百摄氏度，而最高温度是零上1.4亿亿亿亿摄氏度。