前言

人类是恒温动物，自身调节体温的机制比较完善，即使外界环境温度不断变化，人体也能够保持体温的相对稳定。我们之所以能够感知到冷热，就是因为体内存在一种“温度感知器”，科研结果显示，人体皮肤表面存在着大约25~30万个感受细胞，能够敏锐感知出冷热的不同刺激。

不同部分分布的感知冷与热的细胞数量不同，人体四肢的感知细胞比躯干更多，这就是四肢对冷热的反应比躯干更加强烈的原因。人体的标准温度是36~37度，过高或者过低都会令人产生不适。

人类在不同环境下各部位的温度值

当体温超过40℃，人体便会十分虚弱，高烧导致昏厥、脱水、呼吸困难等，超过44℃基本就无法存活了；当体温低于35℃时也非常危险，很可能出现呼吸和心率加快、身体颤抖的状况。

在物理学领域，温度是我们感知环境的重要指标，自然界中那些温度过高或过低的地方都非常不适宜人类前往或居住，比如高温的沙漠与极寒的冰川，都被归为环境恶劣之地。

实际上，这些自然温度都不算什么，宇宙最高的温度经过计算为1.4亿亿亿亿度，而最低温度仅有-273.15℃，这是为什么呢？

宇宙物质聚集被气体晕包围，温度更高

温度的定义与测量

在了解所谓的“最热”与“最冷”温度之前，我们需要先来了解一下温度的定义与本质，弄清楚温度的决定因素是什么。测量温度时，人们往往基于一个可以被观察的现象，例如水银柱的膨胀。从物理学来说，温度是各个物体内分子之间平动动能的一种表现方式。

• 分子运动论

分子运动论的解释是，分子热运动的集体表现，即温度是一个统计计量。物体处于运动之中，温度自然也受到分子运动剧烈程度的影响。微观上的分子运动越快，温度也就越高，物体便越热；反之，分子运动越慢，其温度也就越低，物体给人的感觉就会很冷。

分子运动与温度的关系

人类对于温度最最直观的感受便是每天的天气气温，我们经常在天气预报中听到某天某地是多少摄氏度。

这个摄氏度是温度的一个计量标准，世界上计量温度的单位不同，使用较多是华氏温标、摄氏温标以及国际实用温标。

历史上，人类测得的最高气温来源于1922年非洲利比亚的权埃尔阿奇亚地区，当地最高温为57.8摄氏度，比是地球15℃的平均气温高出近4倍！

既然我们知道了温度的本质即分子运动的剧烈程度，那么生活中的温度变化也就不难理解了。水被烧开沸腾，就是因为水分子进行剧烈运动，在沸点出现汽化现象。水的沸点为100℃，这是水在一个标准大气压下所能达到的温度，无法再继续上升。

水的沸点为100℃

100℃对于人体来说非常热，我们的皮肤触碰沸水到会立马被烫伤，甚至大面积接触还可能致命。不过100℃的温度实在不算高，地球上比水的沸点高的温度实在太多了，例如纸张燃烧的温度是其一倍，足足有200℃；

火灾的温度就更高了，烈火在燃烧时温度在400℃左右；此外，一些助燃物质可以帮助升温，酒精燃烧温度达到了600℃。

• 太阳的温度

不过，这些数据若是放眼至整个宇宙空间，那么它们就显得不够看了。太阳系中永远发光发热的“火球”太阳的温度比起地球上的温度高了不知多少倍。太阳表面的温度高达6000摄氏度，内部温度更是达到了惊人的1500万摄氏度。

太阳内外温度不同

地球上已知的熔点最高的物质是铪合金，它的熔点在标准大气压之下是4200℃，和太阳表面温度比起来还少了1800℃。

其实不需要这些数据对比，太阳的热度对于人类来说，实在太深有体会了，每年夏季，地球公转到离太阳更近的地方，阳光暴晒的地面就宛如被火炙烤一般，实在令人难以忍受。

理论上来说，太阳的温度足以把靠近它的一切物质融化掉，任何一点渣滓都不会留下。地球上熔点最高的物质也无法靠近太阳完成温度测量的工作。既然如此，科学家又是如何得知太阳温度的呢？

太阳辐射能量分布图

答案就在于辐射能量之中。宇宙中的物体时时刻刻都在向外界散发辐射，高温的太阳也不例外，太阳向宇宙发射太阳风，里面含有大量辐射和紫外线。根据太阳散发的太阳辐射，科学家对太阳的光谱进行估算，由此得出了太阳的表面温度。

宇宙最高温：普朗克温度

既然太阳最高的内核温度也只有1500万摄氏度左右，那么宇宙最高温的1.4亿亿亿亿度的数据又是从何得来的呢？宇宙中还有比太阳温度更高的物质吗？这个数据实际上来源于普朗克温度，即宇宙最高温度的极限值。

普朗克温度是如何得到的呢？它其实是基于宇宙大爆炸起源的一个理论数值。关于宇宙起源，当今科学界认同度最高的便是“大爆炸假说”。

最初，时空快速膨胀，以至于粒子无法相互作用，无法进行热交换。到了大约138亿年前，宇宙发生了一次大爆炸，诞生了如今宇宙中的一切物质。

宇宙大爆炸

宇宙的最高温度就曾经出现在宇宙大爆炸之后的一瞬间，那时的温度就是整个宇宙138亿年来最高温的极限，即普朗克温度，此后再也没有比这还要高的温度了。

粒子物理学是研究宇宙的基础，根据粒子物理学的标准模型，宇宙最高温度算下来为1.4亿亿亿亿度，这是极其庞大的数字，看起来是这样的：142,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。

普朗克温度计算公式

温度的本质是分子热运动的剧烈程度，如何去衡量最大运动？又如何将能量提升到无穷大？这是不现实的，我们无法在现实世界中去观察到，但从理论上来说，如果分子热运动的剧烈程度足够大，超越了宇宙大爆炸的时刻，普朗克温度是不是就不算是最大值了？

这是不可能的，任何分子的热运动都无法再达到这一水平。因为相对论告诉我们，粒子运动只能无限接近于光速而永远无法超过光速。

当粒子的运动速度无限趋近于光时，就会超越一个临界点，此时粒子就会成为黑洞，成为一个奇点。这时粒子便会失去它作为物体的一切属性，包括温度。

黑洞

所以，从宇宙诞生这一刻起，它便在一直增长和冷却。爆炸的那一瞬间便是宇宙中最热的时刻，也是有史以来温度最高的时刻。

绝对零度

与最高上限的1.4亿亿亿亿度相比，温度的下限就显得稍显“渺小”，因为它只有零下273.15摄氏度，这一温度被称为绝对零度，和普朗克温度一样，这是一个只存在于理论上的极限值。

量子力学中的基础理论之一不确定性原理表明，粒子的速度与位置无法被准确测量，因为粒子本身的属性便决定了。

理论的提出者、德国物理学家沃纳·卡尔·海森堡发现粒子有两个参数，动量和位置，它们是无法被同时测准的，不确定性原理又被形象地翻译为“测不准原理”。

海森堡的测不准原理

因此，绝对零度无法被测得，只能通过理论得到。除非粒子完全静止不动进行测量，但这违反了量子学理论。迄今为止，科学家尚未在自然界发现温度低至绝对零度的存在。

• 绝对零度为何是宇宙温度下限

宇宙最低温度的数值为何受到绝对零度的限制呢？这依然需要我们从微观的物质世界去探索。组成物质的成分是微小的粒子，微观世界中粒子的运动构成了宏观世界物体的运动。

构成物质的粒子之一便是分子，分子热运动的加剧导致温度上升，这一运动可以无限提高，分子越来越活跃。但当分子的运动减弱，温度就不断下降到达零下。

当分子运动完全停滞时，温度也就跌至绝对零度，这是因为微观世界的粒子都不再运动了，完全处于一个静止状态，所以温度当然不会在继续下降了。

分子完全停滞才会达到绝对零度

然而，科学家通过进一步研究发现，粒子完全处于静止状态只存在于理想之中，现实是不可能出现这一情况的。

因为运动是绝对的，万事万物都于运动变化之中，静止只是一种相对的状态。宇宙中不会存在绝对不动的物体，因此也就不存在绝对零度。换句话说，最低的温度也只能无限接近于-273.15℃，而无法真正达到这一目标。

热力学第三定律也能够表明绝对零度的理想化，因为任何空间中都绝对存在着能量和热量，即“真空不空”，因此宇宙中的物体永远只能无限接近-273.15℃这一数值。

除非未来某一天，现有的物理学理论得到了颠覆性的突破与发展，否则绝对零度都是无法实现的。

热力学第三定律

分子运动是温度的本质，分子运动速度又与温度成正比，因为分子的运动速度能够达到创造宇宙最高温度1.4亿亿亿亿度的超快速度，所以宇宙的最高温度数值能够达到这么大；

反观最低温度，因为物质的运动速度是没有负值的，因此分子的运动速度会存在一个下限值，这个下限值便是0。

当分子运动速度下降为0时，物质达到绝对静止的状态，温度也就达到最低值，即绝对零度-273.15℃。所以，宇宙最高温度和最低温度差距极为悬殊，也就是这个原因了。

速度没有负值，分子速度下限为0

目前，人们在宇宙中发现的温度最低的地方位于布莫让星云，这里的温度估计为-272℃，这意味着此处的物质已经非常接近于静止不动的状态。

结语

随着科技的进步，人类对于宇宙也有了更加深入的了解，科学家们不再满足于理论的研究，而是试图通过开展一系列实验，人工制造、模拟出各种宇宙中物质的运动形式。

如今，这一科研项目有所突破，科学家已经能够模拟出约10万亿摄氏度的高温，不过这一温度和普朗克温度相比还是相距甚远的。

粒子加速器能创造10万亿摄氏度高温

至于绝对零度，因为物质永远不可能真正停止运动，所以人们永远也无法真的模拟出宇宙的最低温度。但我们也不必灰心，因为目前人类对宇宙知之甚少，一切演算与推论还没有得到足够的证据支撑，也许一切看似不可能存在的事物都有机会变成可能。

在未来，人类更进一步接触宇宙时，便能得到更多的实践机会来证明自己的理论，在此基础上总结经验，得出正确的结论。

亟待人类探索的宇宙