天生wo麗質
為什麼高溫無限而最低溫度為-273.15攝氏度？
廣義上來講溫度表示物體的冷熱程度，在日常生活中最直觀感受就是每天的氣溫高低，例如北方的冬季天寒地凍大雪紛飛溫度都是零下二三十攝氏度，而南方的夏季溼潤炎熱，溫度可以飆升到零上三十攝氏度。一般而言人類日常生活環境所能接受的溫度極限差不多就是正負三十攝氏度，再高或者低一點人類的身體機能就無法承受了，會出大問題的。
從科學上來認識溫度的本質
溫度表示微觀粒子的熱運動的劇烈程度，要知道圍觀粒子例如分子、原子等，它們不是靜止一動不動的，而是時刻處在運動中，這些粒子的平均動能越大就意味著溫度越高。在這裡提到的是平均動能，因此隨便一個粒子運動的最劇烈，並無法代表這個物體的溫度。同時從定義上也可以看出來，溫度和熱量還是有一定差別的。
在這裡可能出現一個反常識問題，例如2018年NASA發射了帕克太陽探測器，用來探測收集太陽的一些關鍵性信息，它也將成為有史以來距離太陽最近的人類探測器，太陽從外到內分別是日冕、色球層和光球層，但是溫度卻是從高至低的，日冕層的溫度可以達到100攝氏度。而帕克太陽探測器最接近太陽的時候可以到達日冕層，但是帕克太陽探測器隔熱防護板只能抵抗1400攝氏度高溫。
其實有點可以注意就是日冕層溫度雖然高，但是熱量並不一定是特別高，因為日冕層單位體積內例子數量很少，雖然呈現出很高溫，但實際上熱量並不高，帕克太陽探測器可以抵抗的住。
那麼你思考過最低溫度為零下-273.15攝氏度的原因嗎？
在前文已經提到微觀粒子熱運動的劇烈程度是溫度的本質，那麼溫度的高低從內微觀角度分析就看微觀粒子具備的動能大小了。那麼道理就很簡單了，按照常規的想法就是粒子靜止和光速運動。
先說粒子靜止，一個物體靜止了速度自然就為零，那麼也就沒有了熱運動，因此說溫度有最低下限是正確的，但是微觀粒子可以完全的靜止嗎？其實並不會，沒有絕對的靜止。而對於微觀粒子就需要從量子力學來入手，量子力學中有一個核心的觀點那就是不確定性原理，或者稱之為測不準原理。那麼就按照它字面的意思來解釋，測不準自然是無法同時確定粒子的位置和動量，不能說粒子就在某一點，應該說粒子有多大的概率在某一點。
其實問題到這裡繼續很出現了，如果微觀粒子靜止運動速度為零，那麼其實我們就知道了粒子的具體位置，這樣的情況是違反了量子力學的。量子力學和相對論是二十世紀的兩大物理學支柱，有著權威性和代表性。那麼最低溫度其實就是量子力學允許的微觀粒子最小平均動能。
最後通過熱力學的方式進行計算，得到的數字就是零下273.15攝氏度，又被稱為絕對零度（0k），理論上來講物體的溫度只能是無限的接近於絕對零度，但永遠無法達到。
高溫真的是無限的嗎？
如果不從科學的角度來講，我們的理解中高溫就是無限的，多高都行，最後就只剩下數字而已。但實際上高溫也是有極限的，我們可以從兩個角度來回答這個問題。
首先溫度的本質是微觀粒子的熱運動，那麼運動的粒子最快速度只能是光速，也就是有極限的，那也就意味著平均動能也有一個極限，溫度就自然有最高限制。但實際上微觀粒子也是有靜止質量的，有靜止質量的物體無法達到光速，理論上來講，只能無限的接近光速。
其次我們可以從黑洞的角度來考慮，要知道現代的科學理論，遇到了黑洞內部就完全失效了，無法解釋黑洞內部真實的狀況，例如奇點到底是什麼！那麼當溫度達到一定程度，根據愛因斯坦的的質能方程，這個物體可能就直接塌縮成微型黑洞，溫度到極限了。因此說高溫是有限制的！
高溫為多少？
目前認為宇宙中的最高溫度為普朗克溫度，大約是1.4億億億億攝氏度，還有兩個概念普朗克時間和普朗克長度。目前的主流觀點認為宇宙是起源於138億年前的奇點大爆炸，在大爆炸後瞬間的溫度是最高的，現代科學對於時間的最小尺度就是普朗克時間，再小就沒有意義了，因此說大爆炸後普朗克時間內的溫度是宇宙中最高溫度，也被稱為普朗克溫度。
一般來說溫度越高的物體輻射的電磁波波長會越短，那麼普朗克溫度時輻射的電磁波波長也就是普朗克長度了，目前已知有意義的最小長度概念了。
現在唯有弦理論中提出的概念在普朗克長度之下，弦理論認為宇宙的本質都是微小的弦來表示，即使是不同的基本粒子它們也是弦的不同振動模式所表現出來的。弦理論被認為是未來可以容易融合相對論和量子力學的存在，但是目前來看並無法進行實際的驗證。
可以說宇宙最高溫度為普朗克溫度，大約是1.4億億億億攝氏度，宇宙最低溫度為絕對零度零下273.15攝氏度，目前科學家在宇宙中發現的最低溫度是回力棒星雲，它的溫度為零下272.15攝氏度，位於半人馬座方位距離我們5000光年。
科學黑洞
宇宙中的最低溫度和最高溫度
在我們所在的這個宇宙當中，其實存在著最高溫度，同時也存在著最低溫度。最低溫度其實就是零下273.15度，那最高溫度呢？
最高溫度是宇宙才形成時的問題，這個溫度達到了1.4*10^32度，也就是1.4億億億億度，這裡多說一句，我們一般用的溫度單位是攝氏度，實際上在物理學當中，用到的是開爾文，用符號K來表示。那為什麼會有最低溫度和最高溫度的說法呢？
今天我們就來聊一聊這個話題。
最高溫度是咋來的？
按照目前主流的宇宙學理論，我們知道，宇宙並不是永恆的，而是有個起點，這個起點也被我們稱為奇點。138億年前，在奇點處發生了一場大爆炸，宇宙從無限小，曲率無限大的空間，開始快速膨脹。
而宇宙大爆炸的那一刻溫度是非常高的，按照目前的理論，我們並不知道宇宙大爆炸開始的普朗克時間內的發生了什麼。這裡我們解釋一下什麼是普朗克時間，它指的是時間變化的最小時間間隔。也就是說，時間的流逝並不是連續的，而是有個最小的變化單位，每次變化都是這個最小的單位的整數倍。這個普朗克時間是10^-44秒。
所以，宇宙大爆炸之後的10^-44秒那一刻，宇宙對應著一個普朗克溫度，這個溫度就是如今我們知道宇宙的最高溫度，這個溫度是1.4*10^32K 。在這之後，宇宙的溫度隨著空間的急劇膨脹而開始下降，在宇宙大爆炸之後的38萬年，宇宙的溫度下降到3000K左右，這個時候，宇宙中的原子得以形成，光子可以在宇宙中自由的穿行。因此，這個普朗克溫度也被視為溫度的上限值。
如今宇宙大爆炸的溫度還殘存著，這也是宇宙的背景溫度，我們管這個叫做宇宙微波背景輻射，這也是證明宇宇宙大爆炸的關鍵證據，同時告訴了我們許多宇宙演化的證據，是天文學家手中的研究利器。
圍繞著宇宙微波背景輻射，如今已經產生了3個諾貝爾物理學獎了。宇宙微波背景輻射的存在也告訴我們一個關鍵的信息，那就是宇宙並不是絕對零度，也是有溫度的，這個溫度就是宇宙大爆炸的餘溫，如今是2.72K，也就是比絕對零度要搞2.72度。但實際上，如果你拿個溫度計去測這個溫度，你會發現根本測不出來，這其中有許多原因，但其中一個關鍵原因就在於溫度的定義上。
絕對零度
關於宇宙的背景溫度為什麼測不出，我們可以結合著絕對零度來說。我們知道，萬物都是由粒子構成的，從微觀視角上看，溫度的本質其實是一種運動，我們定義為微觀粒子的熱運動的劇烈程度。具體什麼意思呢？
實際上，構成萬物的粒子並不是整齊劃一地排列，它們基本上可以被認定為“多動症患者”，這種運動讓我們沒有辦法直接觀測準。
這個觀點，其實我們通過布朗運動就已經間接地觀測到了。所謂布朗運動指的是花粉粒子在水分子的撞擊下呈現的不規則運動。愛因斯坦甚至用數學語言證明了布朗運動。
雖然，我們沒辦法把描繪出每一個粒子的具體運動，但我們可以通過統計學的方法來進行測量。科學家發現，這些粒子整體運動得很劇烈時，溫度就會比較高，整體運動得沒有那麼劇烈時，溫度就會比較低 。
所以，只有當粒子數量足夠多時，才有溫度。但是太空真的是超級空曠，平均密度要低於一立方米一個氫原子的水平。因此，拿個溫度計根本測不出太空的溫度。
同樣的，根據溫度的定義，我們也就容易理解絕對零度是咋得出來的。
具體來說，就是當粒子處於能量最低狀態時，所對應的溫度，這是在量子力學的理論框架得到的結果，是理論上的溫度下限值。我們可以通過理論計算出這個結果，也就是零下273.15度。
那你可能先問了，有沒有辦法讓溫度低於絕對零度呢？
我們可以從兩個角度來分析，首先，從理論上是不可能的， 因為在物理學中有個基礎理論叫做熱力學第三定律，這個定義大概就是不可能透過有限過程使系統冷卻到絕對零度。如果能做到絕對零度以下，那就說明理論錯了。
那實際操作中，有沒有可能做到呢？
其實物理學定律就是用來打破的嘛，沒有突破，哪來的新理論？
不過，搞出新理論的前提是紮實的實驗證據。因此，有一幫科學家一直在致力於製造出低於絕對零度的溫度。不過，到目前為止，還沒有人能夠做出低於絕對零度的溫度，他們只能做到儘可能地接近絕對零度。
鍾銘聊科學
宇宙最低溫度的限制是-273.15℃，也就是我們常說的絕對零度，有了具體數字的存在，而且也經常被人提起，所以我們都知道宇宙有極限低溫。但是極限高溫呢？一般我們很少提到極限溫度這個概念，所以導致我們很多人認為宇宙中的溫度是無限的，可以任意的升高，但是整個宇宙的能量是有限的，那麼又如何能存在無限高溫呢？下面我們就說下宇宙的最低溫度和最高溫度！
首先我們瞭解下什麼是溫度
在物理學中，我們將有質量的粒子一般稱為物質粒子，例如：質子、中子、電子，而那些無質量的粒子則稱為輻射粒子，例如：光子。能量越高的物質粒子，說明其攜帶的動能越高，也就是運動速度越快，在宇宙學中我們會簡單的稱為“熱粒子”，而那些動能低，運動速度慢的粒子稱為“冷粒子”。能量越高的輻射粒子（光子），則擁有更短的波長、更高的頻率。
我們在宇宙中所能看到的所有普通物質結構都是由原子構成的，當然一些物質是由原子組成的分子構成的，這些原子和分子在物質結構中並不是靜止不動的，而且一直在隨機運動或者振動，而隨機運動和振動的粒子就擁有了一定的動能，說明其攜帶一定的能量，這個能量就變現為物質結構內部的熱能。換句話說，粒子在物種中的隨機運動或者振動是物質產生熱量的根本原因。
而溫度就是我們人類規定出來的，用以衡量物質中原子和分子所擁有平均動能的物理量。而絕對零度的定義是，物質中沒有任何原子或者分子運動的狀態，也就是物體的內能為0。而絕對零度也會讓，宇宙中的基本粒子的動能為0，失去運動速度。這就違反了量子力學中的不確定性原理，任何物質粒子的動能和位置不可能同時確定，它們的乘積必須大約普朗克常數的1/2。而且輻射粒子，光子攜帶的能量也不可能為0，只會無限的接近0。所以，宇宙中不可能存在靜止不動的粒子，也不可能存在不攜帶能量的光子，因此，絕對零度無法達到。
宇宙中的極限高溫
我們知道整個宇宙中的所有物質和輻射粒子都來源於大爆炸，而大爆炸這個充滿能量的狀態來源於宇宙暴漲階段，既然宇宙有起源，那麼它肯定在過去的某個時刻存在極限高溫。而且我們知道宇宙中的能量是守恆的，所以在宇宙誕生到現在能量並沒有消失，那麼我們將目前宇宙中所有的物質都轉化為能量，並且將所有可能的能量形式都加起來，那麼我們就能知道宇宙誕生時的極限溫度了。
在我們的可觀測宇宙中，目前存在著普通物質、暗物質、中微子、反中微子、輻射，以及空間中固有的能量，其中普通物質粒子大約有10^80，中微子和反中微子的數量大約在10^89，然後我們在加上所有的暗物質和暗能量，然後通過E=mc^2將所有的物質都轉化為純能量，而這個能量大約對應於10^103開爾文的溫度。所以，我們將可觀測宇宙中所有的能量都加在一起，是存在一個極限溫度的。
為什麼我們平時不說極限高溫呢？
不說的原因是因為極限高溫對我們人類來說，可望而不可即。不像絕對零度那樣，目標就在眼前，雖然在理論上無法達到，但我們還可以通過技術手段無限的接近。而極限高溫說的正是極限能量，其實我們人類一直在粒子加速器中追求更高的能量，但是我們人類所創造的能量，在宇宙中根本不值一提，比不上一顆無時無刻正在發光的太陽，比不上一次超新星爆發、比不上宇宙射線對地球的轟擊、更比不上一次黑洞物質噴流和X射線、γ射線爆發。
而且在創造更高能量的過程中還會存在一些災難性的限制。例如：
當我們把非常大的能量聚集在一個很小的空間內，就會創造出一個黑洞。不過這個黑洞並不是我們常見的那種能夠吞噬一切的大型黑洞，而是微型黑洞。當我們將足夠的能量附加於一個量子粒子，那麼在非常小的尺度上就會創造一個微型黑洞，這個能量大約為10^19 GeV，但是微型黑洞由於質量非常小，會在極端的時間內通過霍金輻射衰變。因此，高能量下黑洞的形成，也會阻止人類創造極限高溫。
在某一能量下，可能會重啟宇宙暴漲階段。宇宙的本質其實就是能量，能量可以創造一切，可以導致宇宙暴漲，可以誕生熱大爆炸狀態，可以創造出任何我們已知和未知的粒子，當能量達到一定的程度，就會造成空間呈指數膨脹。像是按下了宇宙重啟的按鈕。
因此，我們通常不說宇宙極限高溫是多少，因為在我們人類看來，高溫確實是無限的，因為我們永遠無法達到，而且宇宙中到底有多少能量其實我們並不是很清楚，一些數值只不過是我們人類估算出來的。所以討論極限高溫是沒有意義的。
