温度,是我们用来表示物体冷热程度的物理量,与我们的生活息息相关。但是,对温度来说,存在一种不对称的现象,宇宙中的最低温度只有-273.15℃,而最高温度却可以高达1.4亿亿亿亿度呢?下面我们就来聊一下这个话题。

要想弄清这个问题,首先我们需要先了解一下温度的本质是什么。温度就是物体内分子或原子进行无规则热运动的宏观体现,热运动的越剧烈,物体的温度就越高,反之,热运动的越缓慢,物体的温度就越低。

在物理学中,温度的单位是开尔文,最低温就是从0开始的,叫做绝对零度,也没有负的温度这一概念。但如果你把零度定义在7000万亿亿亿k,那么最低温度刚好就是最高温度的一半了,也就是零下7000万亿亿亿度了。
所以为了日常使用方便,这才发明了摄氏度来描述日常温度。简单来讲,摄氏度就是把水在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0度和100度之间分成100份,1份就是1度。这种计量方式非常直观,也成为了我们最常用的一种方式。

但是我们都知道,气体是热胀冷缩的。19世纪,一位法国化学家通过实验发现,在压力不变的情况下,气体的温度降低,它的体积也会发生相应的变化,且两者的变化呈现线性关系,温度每降低约1℃,体积就会缩小约1/273。

后面随着测量技术的精进,科学家把这个数据精确到了-273.15℃,也就是说,当气体的温度下降到-273.15℃时,气体的体积就变为了0。随后,1848年,开尔文提出了开尔文温标,进一步确立了-273.15℃作为绝对零度的数值。

但问题是,如果物体的温度达到了绝对零度,同时也意味着它内部粒子的热运动也达到了“完全静止”的状态,这种完全静止的状态在微观世界中是不可能存在的。
就好比我们让一个多动症的孩子完全停下来,就算肉眼看起来他已经静止了,但他的身体内部原子依然有那么一点点的轻微运动。所以可以看出,-273.15℃只是一个理论值,只能无限接近。

那最高温度是怎么回事呢?理论上温度没有上限,就像你钱包里没钱就是 0,但是有钱可以有很多钱,无数钱。但现实中,由于宇宙的能量是有限。所以,宇宙的最高温是1.4亿亿亿亿度,也就是普朗克温度,是宇宙大爆炸后瞬间达到的温度。
之前我们说过,温度与粒子的平均动能有关,粒子运动速度越快,它的能量就越高,温度也随之越高。粒子的速度增加的越快,它的动能也会持续上升,温度也就可以一直升高,理论上没有上限,所以只要能量足够多,温度就会一直升高。

但是在达到一个临界值之后,即使温度再高,对我们来说也没有任何意义。这就好比水的沸点是100℃,在正常情况下,水烧开的温度会比100℃更高,但无论它的温度有多高,对我们也没有任何意义,因为我们想要的就只是一壶开水。同理,普朗克温度这个数值,也是科学家根据宇宙的基本规则,通过公式推算出来的一个最高值。

所以,我们也可以看出,无论是宇宙的最低温度还是最高温度,在理论上都不存在限制。值得一提的是,虽然我们很难达到绝对零度的温度,但在距离地球5000光年外的半人马座方向,存在一朵-272.15℃的行星状星云,只比绝对零度高了1℃,是目前人类已知的最冷的地方。
不过,科学家在实验室里,曾经创造出的最低温度约为 0.0000000001 K(比宇宙背景温度还低),但仍然不是绝对零度。