地球绕太阳公转，太阳直射点在南北回归线之间往复的移动，也让地球上出现了一年四季的变化冷热交替，对于温度我们有最直观的感受冷暖自知，但仅限于很小的温度范围，在中国东北地区冬天最低温度可以低于零下30摄氏度，而在夏天南方地区最高温度可以高于零上三十度。

这个温度范围，是我们可以切身感受到的，但你知道吗？温度也有极限值，最低温度-273.15摄氏度，而最高温度1.4亿亿亿亿摄氏度，那么这些温度是如何来的，为什么有极限？

首先了解温度的定义

温度表示一个物体的冷热程度，去触摸一个物体感受到它的冰冷，这意味着它的温度要低于我们的体温，这也导致人体热量在流失，从而感觉到冰冷。

温度本质上代表着微观粒子热运动的剧烈程度，我们知道物质都是由微观粒子构成，这些微观粒子时时刻刻都在运动着，温度越高分子的热运动越剧烈，因此可以从微观粒子的运动状态来评估该物体的冷热程度。

绝对零度如何确定？

前边已经了解温度的本质是微观粒子的热运动剧烈程度，那么最低温度是如何定义出来的哪？

涉及到了微观粒子的运动，我们要先了解一下量子力学，它有一个核心理论“不确定性原理”，指的是微观量子性质的不确定性，它们时时刻刻都处于一种叠加状态，例如同时处于左旋和右旋。这个理论听起来十分诡异，当时的爱因斯坦等老一派物理学家都非常反对这个理论。

薛定谔还提出著名的思维实验“薛定谔的猫”思维实验，来嘲讽量子力学哥本哈根派对于量子力学的诠释。当然结果现在很明了，爱因斯坦等一众物理学家“错了”，不确定性原理真实存在。那也就意味着一个粒子不可能完全处于静止状态，因为那样的话我们就知道了它的基本性质，例如位置信息和运动状态。

那么从热力学的角度出发根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布，微观粒子的热运动越剧烈动能越高，那么温度就会越高。而根据不确定性原理粒子平均动能理论上有一个最低点，这也是物体的绝对零度，但根据热力学第三定律，绝对零度永远都无法达到，只能无限的接近。

为何存在最高温度？

常常听说宇宙中最高温度为1.4亿亿亿亿摄氏度【1.416785(71)×10^32K】，那么它到底是如何来的哪？

科学家认为宇宙大爆炸之后的瞬间出现了最高温度，此后随着宇宙不断地膨胀，温度只能是越来越低。这个温度被科学家称之为普朗克温度，我们可以从两个角度来理解它。

首先就是普朗克时间，被认为是有意义的最小时间间隔，在宇宙大爆炸后经过普朗克时间，那个温度就是最大的。小于普朗克时间内温度可能会更高，但是对于现代科学并没有意义。

其次是普朗克长度，不同温度的物体会释放出不同波长的黑体辐射，温度越高波长越低，而如果温度高于普朗克温度1.4亿亿亿亿摄氏度，那么辐射的波长就要小于普朗克长度【1.616255(18)×10^−35 m】，这个结果将变得毫无意义。

总结

温度有极限值其实很好理解，我们可以从微观粒子的运动速度极限值入手，量子力学中不确定性原理限制了微观量子的最低运动速度，而爱因斯坦相对论用光速限制了物体最高运动速度极限。

目前认为最高温度出现在宇宙大爆炸普朗克时间后，而已经发现最低温度是在回力棒星云(Boomerang Nebula)，距离地球5000光年，位于半人马座方向，最低温度大约是−272°C。

文/科学黑洞，图片来源网络侵删。

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