为什么宇宙最高温可达1.4亿亿亿亿度，最低温却只有-273.15度？

温度是一种常用的物理量，我们可以用它来准确地表示物体的冷热程度，那么温度的高低是否存在极限呢？答案是肯定的，从理论上来讲，宇宙中的高温和低温的极限其实相差非常大，因为宇宙最高温可达1.4亿亿亿亿度，最低温却只有-273.15度。为什么会这样呢？下面我们就来聊一下这个话题。

温度其实有多种计量单位，我们平常所用的“度”，其实是指摄氏度（℃），简单来讲，这种计量单位就是把水在1个标准大气压下的凝固点和沸点分别计为0度和100度，再将两者之间平均分为100份，其中的每一份就是1摄氏度。

我们知道，气体是热胀冷缩的，早在18世纪的时候，科学家就发现了一个非常有意思的现象，那就是在压强恒定的情况下，温度每升高或降低1摄氏度，气体的体积总是会增加和减少一个固定的值，随后这个“固定的值”就被称为气体的体积膨胀系数，在经过大量的实验之后，科学家将它的数值精确地确定为273.15分之1。

(资料图片)

也就是说，假设有一团温度为0摄氏度的气体，其体积为1立方米，那么在压强恒定的情况下，它的温度每升高或降低1摄氏度，其体积就会增加或减少273.15分之1立方米。

这就出现了一个问题，那就是按照这样的计算，当这团气体的温度降到-273.15摄氏度的时候，其体积就应该为零，但气体的体积显然是不可能为零的。所以科学家就据此认为，-273.15摄氏度是一个无法达到的低温极限。

后来热力学温标就引用了这个低温极限，将-273.15摄氏度设为计量温度的起点，也就是0开尔文，并以摄氏度作为其单位增量。意思就是说，1开尔文的温度变化与1摄氏度相等，两者只是计量起点不同，比如说1开尔文就是-272.15摄氏度，2开尔文就是-271.15摄氏度（注：开尔文是热力学温标的计量单位，通常用K来表示）。

由于热力学温标是一种与测温物质的属性无关的纯理论上的温标，因此0开尔文其实就是纯理论上的最低温度，所以这个温度值也被称为“绝对零度”。

从微观层面来看，温度其实就是物体内部微观粒子热运动的激烈程度，这就意味着，只有在所有的微观粒子都处于完全静止的状态下，才可以达到“绝对零度”，这显然是不可能的。所以任何物体的温度都不可能达到或低于“绝对零度”、也就是-273.15摄氏度。

由此可见，所谓“低温极限只有-273.15度”，其实指的是-273.15摄氏度。那为什么宇宙最高温可以高达1.4亿亿亿亿度呢？我们接着看。

物体内部微观粒子热运动的激烈程度，其实可以通过这些微观粒子的平均动能大小来衡量，简单来讲就是，一个物体内部的微观粒子平均动能越大，它的温度就越高，反之亦然。

根据相对论，对于一个有静质量的微观粒子来讲，其速度不可能达到光速，最多只能无限地接近光速，假如我们对一个有静质量的微观粒子进行持续加速，那么它的动能也将会随着趋近于光速而趋于无穷大，所以从这方面来讲，温度的上限就应该是无穷大的。

然而我们的物理学却是有极限的，若我们讨论的范围超过了物理学的极限，也就没有了意义。根据量子力学，宇宙中的空间是不可以无限拆分的，它有一个最小的值，即“普朗克长度”，大约为1.6乘以10的负35次方米。

而从理论上来讲，任何温度高于“绝对零度”的物体都会向外释放电磁波，温度越高，其释放出的电磁波的波长就越短。在这种情况下，当物体的温度超过一个临界值的时候，其释放出的电磁波的波长就会小于“普朗克长度”，这是在我们的物理学中是没有意义的。

所以这个“临界值”就被认为是目前理论中的宇宙最高温，它也被称为“普朗克温度”，其数值约为1.4乘以10的32次方开尔文，即1.4亿亿亿亿开尔文，由于在如此巨大的数字面前，摄氏温标和热力学温标计量起点的不同完全可以忽略不计，因此通常的说法就是：宇宙最高温可达1.4亿亿亿亿度。

值得一提的是，根据大爆炸宇宙论，“普朗克温度”出现在宇宙大爆炸后的1个“普朗克时间”之内，那时的宇宙处于一种极为致密且高温的状态，以至于四大基本力（引力、电磁、强和弱相互作用力）都还没有分离出来，而在此之后，宇宙开始不断地膨胀和冷却，这样的高温就再也没有出现（注：“普朗克时间”约为10的负43次方秒，是物理学中最小的时间单位）。

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