Question

宇宙中最高的温度是多少？最低温度是多少度？

Answer 1

回答问题之前，我们需要先了解温度的定义。

温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。

换言之，物体分子运动的越剧烈，温度就越高；越平静，温度就越低。

最低温度：

所以理论上，当物体的分子完全静止的时候，就是温度最低的时候，科学界对这个温度有一个专业名词——绝对零度。

根据计算，“绝对零度”的数值为-273.15 ，在此温度下，物体分子的动能为0，处于完全静止的状态，所以这就是温度的下限，也是一个理论值。

宇宙中不会再有比它更低的温度了，但也永远达不到“绝对零度”，只能无限接近。

2018年5月，NASA的物理学家团队利用Space X猎鹰号火箭将他们的冷原子实验室（CAL）送上了国际空间站。

凭借空间站中零重力的优势，CAL将把一团原子云的温度降至前所未有的低点，甚至只比“绝对零度”高上100亿分之一度而已。

这也是人类目前制造出来的最低的温度，同时也是迄今为止宇宙中最低的温度。

但这是人为制造的低温，如果要说自然界中的最低温，则是距离地球5000光年外的“布莫让星云”。

“布莫让星云”是位于半人马座方位的行星状星云，距地球5000光年。发现于1979年，因外形酷似蝴蝶领结，或者回力棒，所以又被叫“领结星云”、“回力棒星云”。

该星云温度可达零下272 ，比绝对零度仅高1.15 ，是已知的一个温度低于背景辐射的天体，也是已知的宇宙中最冷的地方。

“布莫让星云”是由从一颗恒星的核心逸流出的气体形成的，气体向外流出的速度是164公里/秒，并且在进入太空之后很快速的膨胀。这种膨胀是造成它温度下降的主要原因（绝热膨胀）。

最高温度：

既然有温度下限，那么自然也有温度上限——普朗克温度。

普朗克温度以德国物理学家马克斯·普朗克命名，大小为1.416833（85) 10^32 开尔文，折合成摄氏度也和这个差不多，都是10的33次方级别，100后面跟着4个亿（100亿亿亿亿摄氏度）。

（注：摄氏度=开尔文温度+273.16）

开尔文温度被认为是宇宙大爆炸第一瞬间的温度，也是温度的基础上限，现代科学认为推测任何东西比这更热是毫无意义的。

当然，同“绝对零度“一样，你只能找出一个温度和”普朗克温度“无限相近的物质，但永远不可能达到。

而我们人类制造出来的最高温度，是2010年11月，由欧洲的科学家利用位于瑞士和法国边境的欧洲大型强子对撞机制造的，意在模拟近140亿年前宇宙形成的瞬间过程。

在这台“巨无霸”机器全长约27公里的环形轨道内部，两束铅离子的亚原子粒子束朝着相反的方向前进，它们每运行一圈，就会获得更多的能量，速度也随之增加。

对撞之际，这些粒子“狂飙”的速度可以达到光速的99.99%，从而使它们在对撞瞬间产生的高温相当于太阳核心温度的100万倍，即10万亿度。

以上。

为了解答这几个问题，首先要了解一下温度的本质。表面上，温度表征物体的冷热程度。本质上，温度表征物体的组成粒子的热运动剧烈程度。

物质可能的最低温度

理论上，当所有的粒子停止运动时（处于量子力学的最低点），物体将会达到可能的最低温度，即绝对零度。绝对零度在开氏温标上表示为0 K，在摄氏温标上表示为-273.15 。

然而，为了达到绝对零度，不仅需要原子停止运动，而且还包括原子的所有组成。绕原子核运动的电子需要停止运动，原子核中的质子和中子需要停止相互作用，夸克以及任何更基本的结构都要停止活动。由于量子力学效应，这是不可能的，所以绝对零度无法达到。从另一方面看，任何空间中都存在能量和热量，必然会与物质进行交换，所以绝对零度只能无限逼近，不可能达到。

目前，通过激光冷却和磁蒸发冷却技术，科学家获得的最低温度达到了100 pK（10^-10 K， 273.149999999900 ）。物质在这种极低的温度下将处于玻色-爱因斯坦凝聚态，它们会表现出奇特的行为，例如，超流动性和超导现象。

物质可能的最高温度

物质可能的最高温度为普朗克温度，其值约为1.417 10^32 K。由于粒子的运动速度上限为光速，所以当粒子速度接近光速时，物体的温度接近普朗克温度。如果温度超过普朗克温度，物理定律将不复存在。

目前，通过大型强子对撞机的粒子对撞实验，科学家获得的最高温度为10万亿开尔文，尽管这个温度比太阳的中心温度高了60万倍，但仅为普朗克温度的一千亿亿分之一。

首先，温度简单来说与微观粒子运动的速度息息相关，微观粒子运动越距离，物体的温度就越高。根据不确定性原理，任何粒子的运动不可能停下来，所以温度有一个下限，我们都知道那是绝对零度，也就是大约领下273摄氏度。而任何微观粒子的运动速度都不可能超越光速，所以物体的温度也有上限，不可能无限高，上限就是普朗克温度，大约1.4乘以10的32次方K。

普朗克温度是根据现有物理学计算出来的理论值，它是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间后的温度，一个普朗克时间非常短，大约5.4乘以10的负44次方秒，也是物理学上可测量的最小时间单位，任何小于普朗克时间的时间都没有意义，而我们对宇宙的认知也是从大爆炸发生后一个普朗克时间开始的，也可以认为一个普朗克时间之前的宇宙没有意义。

那么目前已知的宇宙中最高温度是多少呢？超乎我们的想象！

太阳的核心温度能达到1500万摄氏度，这样的高温已经让很多人惊叹不已，甚至无法想象。但太阳的核心温度与中子星碰撞时产生的温度相比简直太渺小了，这个温度能达到3500亿摄氏度，敢想象吗？

目前人类能制造出来的最高温度是在大型强子对撞机里产生的，微观粒子的撞击能产生高达10万亿度的高温，不要担心如此高温会把对撞机熔化，那只是微观层面粒子的运动速度的体现形式，因为碰撞时的粒子速度都接近光速。而且碰撞是一瞬间的，不会有任何影响。