温度的上限和下限在哪里？

温度这个词相信大家不会陌生，我们每天都在和温度打交通，太阳的光和热照射到地球，我们感觉到了太阳的温度，喝口水，我们感觉到了水的温度，温度存在于世界万物中，我们的生活离不开温度，没有了温度也就没有了生命，世界也将不会存在。

宇宙最早的温度可人追溯到宇宙大爆炸，大爆炸之后，温度就出现了，宇宙有无数的天体，也有无数种不同的温度。在我们的日常生活中，我们感受到的温度一般都不高和不低，在我们的认知里，温度是没有上限的，几百度，几千度，几亿度等。钢铁的熔点温度达到几千度，太阳中心的温度可达1500度，科学家在核聚变实验室中可以将温度提升到上亿度，但这还不是温度的上限，温度的高温极限在哪里，或许温度本身就没有上限？

理论上，不但低温有下限——绝对零度，而且高温也有上限——普朗克温度。关于温度的极限，需要来了解一下温度究竟是怎样的概念。

物体的温度上限和下限，你从宏观世界是很难发现真相的，我们必须要走进微观世界去观察才有可能发现温度的秘密。从宏观上来讲，温度高低反映的是冷热程度。但在微观上，物体之所以会有冷热的现象，其根本原因是微观粒子的热运动。因此，温度其实度量的是热运动剧烈程度。粒子的热运动包括平动、转动以及振动，所以粒子的总动能也由平动动能、转动动能以及振动动能所组成。以气体分子为例，如果某种气体分子的平动自由度、转动自由度和振动自由度分别为t、r和s，那么，平均总动能为：

其中k为玻尔兹曼常数，T为温度。

可以看到，平均总动能与温度呈正相关。那么，平均总动能的上下限也决定着温度的上下限。

但是温度的下降，分子活动就会减弱，当温度在零下不断下降时，分子的运动越来越慢，温度也越来越低，如果所有的热运动完全停止下来，物体也就不会有热量产生，所以温度将会降到最低的绝对零度，大约为-273.15 ℃。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 ℃）。

另一方面，从化学上来看，原子、离子和分子是物体的基本组成。组成物体的粒子的热运动是物体产生温度的根本原因，所以温度的高低表示了粒子热运动的平均动能的大小。如果粒子热运动的平均动能越大，即粒子的热运动越剧烈，则温度也越高。可见，粒子的平均动能决定着温度的高低。

由于不确定性原理，粒子的热运动不可能会完全停止下来，所以温度有一个下限，那就是绝对零度，绝对零度是根据理想气体所遵循的规律（即理想气体状态方程），用外推的方法得到的。它被定义为0 K，或者相当于-273.15 ℃。而温度的上限又在哪儿？分子运动的速度越快，温度就越高。在10^10K时，电子的速度接近光速，但它们同时质量也变得更大（狭义相对论），所以它们的温度还能继续上升。在达到10^32K时，如此惊人的密度获得了更高的温度，这会导致物质的每个粒子变成自己的黑洞，而我们平时所理解的空间和时间将会崩溃，所以温度有一个上限，那就是普朗克温度，其大小约为1.4×10^32 K；普朗克温度是如何计算出来的呢？根据黑体辐射理论和物理学的基本长度，任何有温度的物体都会辐射电磁波，电磁波的波长与温度有关系，温度越高，波长越短。而空间长度是有下限的，被称为“普朗克长度”，经典量子力学以为比普朗克长度更短的长度没有意义。以此普朗克长度换算过去，得到的温度就是普朗克温度，所以普朗克温度是温度的上限。目前的物理学理论只能解释到普朗克温度。因此，普朗克温度是物质温度的上限，或者说至少是目前理论中可想像的最高温度。如果要探讨比普朗克温度更高的温度，需要量子引力理论，不过，如果量子引力理论有所突破，那时我们就有可能会发现比普朗克温度更高的温度。但是坦率地说，这种前景令人心凉。

理论计算出来的普朗克温度约为1.4168×10^32 K，超过1.4亿亿亿亿度。目前的理论认为，只有在宇宙大爆炸的普朗克时间（5.4×10^-44秒），温度才有达到过普朗克温度。目前在宇宙中已知最高温度是在双中子星合并过程中产生的，温度为3500亿度。那么我们人类目前所能达到的最高的温度是多少呢？科学家们通过欧洲大型强子对撞机的粒子对撞实验可获得高达10万亿K的温度，这温度已经远高于恒星中心的温度，比如它比太阳的中心温度还高了60余万倍，比中子星碰撞时候的温度还高了30多倍，然而这个温度却仅仅为普朗克温度的1000亿亿分之一。

人类的科技在快速发展，但我们现在的科技还是非常落后的，未来人类会遇到多少特殊的环境，遇到完全颠覆现有科学的神秘天体和天象。有科学家认为宇宙是多维的，我们所处的三维世界无法理解四维世界，四维世界的温度概念是否和三维世界一样，也无法确定。

宇宙浩瀚无边，有太多人类无法理解的秘密，我们现在认为正确合理的东西，可能在宇宙就是错误的，宇宙有很多完全违反现有科学理论的东西，存在即为合理，宇宙中存在的一定是合理的，一定符合科学，我们理解不了，只能说明我们的科学还远没有发展到那个程度。

要想真正弄明白温度的终极奥秘，我们只有不断发展科技，只有科技越来越发达了，我们才有可能最终弄明白到底什么是温度？温度的上限和下限也就可以弄明白了。