1.4億億億億℃是什麼概念?你對溫度和熱的理解是不是有誤會?

炎熱的夏天已經過去，秋風蕭瑟的天氣即將到來，但相信大家對溫度高就很熱的這個理解是不會錯的，夏天40度的高溫下，那是汗如雨下啊；當然冬天零下十幾度，那絕對是滴水成冰！難道錯了嗎？

理解確實沒錯，但在地球的大氣層分層中，大約是80千米到500千米的範圍，有一個溫度高達1000~2000℃的熱層，但在這裡，那絕對是九天嚴寒啊，為什麼會這樣呢？

熱層溫度那麼高，為什麼還那麼冷？

熱層的溫度確實很高，但毫無疑問也很冷，為什麼會這樣呢？大氣層中的熱層已經進入準真空的範圍，比如過了100千米的卡門線就是太空了，太空寒冷不？當然很寒冷！但下文我們介紹了溫度的準確定義後，太空就不能用寒冷來定義了！

準太空的大氣非常稀薄，120千米以上的區域，空氣稀薄到聲波無法傳遞，到270千米時，空氣密度只有地面的百億分之一，300千米以上時就到了千億分之一！

其實說到這裡我們也明白了，在這個案例上，溫度需要大量大氣分子作為媒介，我們才能切切實實的感受到溫度，當大氣太稀薄時即使這些大氣分子已經被太陽的高能粒子撞擊、溫度很高，但它們的總能量很低，我們仍然無法感受到。

溫度的本質：微觀粒子的運動

上文中似乎就有那麼點意思，但還不夠直白，其實溫度的本質就是微觀粒子的熱運動所致！幾百年前科學家從燃素說到熱質說再到分子熱運動，然後再到愛因斯坦發表布朗運動的論文，溫度的本質就是微觀粒子的運動才被廣泛接受！

布朗運動

理論上的太空就是沒有任何粒子的空間，它也就不存在所謂的微觀粒子，因此在這一片空間中根本就不能以所謂的溫度來形容，因為它根本就存在所謂的溫度，那麼太空為什麼會那麼冷呢？很簡單，儘管是真空，如果沒有外界能量補充的話，物體仍然會以輻射的方式散失自身的熱量，最終和宇宙微波背景輻射相一致！

宇宙微波背景輻射又是多少「溫度」呢？2.725K，比絕對零度高一丟丟，也就是-270.425℃，簡單的說，丟在宇宙中的物體，它會逐漸達到和宇宙背景溫度一致，當然太陽系中的物體是不會的，因為有太陽輻射嘛，但離太陽越遠，溫度也就越低！

上文中我們要補充一下，量子力學中的真空可不是空無一物，因為量子論認為，真空中也會產生正反粒子對，但又會瞬間湮滅是遵守能量守恆，所以挑刺的朋友就別較真了！

宇宙中達到過一次最高溫度，但卻永遠都無法達到最低溫度！

溫度的本質就是微觀粒子的運動，那麼當粒子不運動時不就是最低溫度了嗎？確實是這樣，因為上文中的絕對零度就是這樣算出來的，所以絕對零度有一個我們理解的值，用攝氏計就是 273.15℃，如果用K就是0K！

似乎聽上去很簡單，不要動就是絕對零度，那為什麼夏天在太陽下我一動都不動，還那麼熱呢？當然這個不動指的是宏觀不動，你身體內的微觀粒子仍然在高速運動，所以這個方法是不靈光的，要讓你感覺涼快，必須用空調用製冷劑循環的方式，將室內的熱量轉移到室外！

當然再厲害的空調也不能通過這種循環降低到絕對零度，最接近的方式是雷射都卜勒製冷，讓原子的振動幅度達到最小（不能停止），國際空間站上的冷原子實驗用的就是這個原理，據說達到了20萬億分之一K，也就是只比絕對零度高那麼一丟丟丟丟........

即使到未來宇宙的末日，也就是熱寂狀態，仍然不能達到絕對零度，因為微觀粒子的量子力學運動是無法避免的，所以它總是有那麼一丟丟溫度。

宇宙中的最高溫度又是怎麼樣的呢？

粒子靜止就是最低溫度，那麼粒子運動速度最高自然就是最高溫度了，那麼粒子運動的最高速是多少呢？當然是光速了，當運動粒子運動速度達到光速時計算踹的溫度就是宇宙最高溫度，也叫做普朗克溫度。

溫度是多少度呢？1.4億億億億℃，也就是宇宙大爆炸時達到的溫度1.4×10^32K！此時宇宙中所有的物質都在奇點，粒子運動速度已經達到了最高，但就在那個虛數時間後，宇宙大爆炸開始了，此後宇宙再也沒有達到過這個溫度，除非它重新開始坍縮，不過最近的諾獎大神彭羅斯可是支持宇宙循環說的，也就是說宇宙未來會重新坍縮，然後再爆炸一次！

大爆炸發生後，宇宙膨脹，溫度降低，到10^-36S時，宇宙溫度降低到了10^28K，強力從電弱中分離！當時間走到大約10^-12S時，溫度大約下降到了2萬億攝氏度，此時的宇宙就是一鍋夸克膠子的等離子「濃湯」，溫度繼續降低，夸克就會和膠子一起構成重子（包括中子和質子），此時時間已經到了10^-6S！

然後宇宙繼續膨脹，質子和中子聚合變成氕氘和氦以及鋰，原初物質豐度就是這樣來的，但此時宇宙中溫度仍然高達十億K，仍然充斥著等離子體，一直要到38萬年後，溫度才下降到數千度，此時光子才脫離束縛，在宇宙中狂奔，所以這就是我們看到的宇宙微波背景輻射！

1.4億億億億℃是什麼概念？反正就是是很燙很燙很燙........