本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽！地球繞太陽公轉，太陽直射點在南北回歸線之間往復的移動，也讓地球上出現了一年四季的變化冷熱交替，對於溫度我們有最直觀的感受冷暖自知，但僅限於很小的溫度範圍，在中國東北地區冬天最低溫度可以低於零下30攝氏度，而在夏天南方地區最高溫度可以高於零上三十度。
這個溫度範圍，是我們可以切身感受到的，但你知道嗎？溫度也有極限值，最低溫度-273.15攝氏度，而最高溫度1.4億億億億攝氏度，那麼這些溫度是如何來的，為什麼有極限？
首先了解溫度的定義
溫度表示一個物體的冷熱程度，去觸摸一個物體感受到它的冰冷，這意味著它的溫度要低於我們的體溫，這也導致人體熱量在流失，從而感覺到冰冷。
溫度本質上代表著微觀粒子熱運動的劇烈程度，我們知道物質都是由微觀粒子構成，這些微觀粒子時時刻刻都在運動著，溫度越高分子的熱運動越劇烈，因此可以從微觀粒子的運動狀態來評估該物體的冷熱程度。
絕對零度如何確定？
前邊已經了解溫度的本質是微觀粒子的熱運動劇烈程度，那麼最低溫度是如何定義出來的哪？
涉及到了微觀粒子的運動，我們要先了解一下量子力學，它有一個核心理論「不確定性原理」，指的是微觀量子性質的不確定性，它們時時刻刻都處於一種疊加狀態，例如同時處於左旋和右旋。這個理論聽起來十分詭異，當時的愛因斯坦等老一派物理學家都非常反對這個理論。
薛丁格還提出著名的思維實驗「薛丁格的貓」思維實驗，來嘲諷量子力學哥本哈根派對於量子力學的詮釋。當然結果現在很明了，愛因斯坦等一眾物理學家「錯了」，不確定性原理真實存在。那也就意味著一個粒子不可能完全處於靜止狀態，因為那樣的話我們就知道了它的基本性質，例如位置信息和運動狀態。
那麼從熱力學的角度出髮根據麥克斯韋-玻爾茲曼分布，微觀粒子的熱運動越劇烈動能越高，那麼溫度就會越高。而根據不確定性原理粒子平均動能理論上有一個最低點，這也是物體的絕對零度，但根據熱力學第三定律，絕對零度永遠都無法達到，只能無限的接近。
為何存在最高溫度？
常常聽說宇宙中最高溫度為1.4億億億億攝氏度【1.416785(71)×10^32K】，那麼它到底是如何來的哪？
科學家認為宇宙大爆炸之後的瞬間出現了最高溫度，此後隨著宇宙不斷地膨脹，溫度只能是越來越低。這個溫度被科學家稱之為普朗克溫度，我們可以從兩個角度來理解它。
首先就是普朗克時間，被認為是有意義的最小時間間隔，在宇宙大爆炸後經過普朗克時間，那個溫度就是最大的。小於普朗克時間內溫度可能會更高，但是對於現代科學並沒有意義。
其次是普朗克長度，不同溫度的物體會釋放出不同波長的黑體輻射，溫度越高波長越低，而如果溫度高於普朗克溫度1.4億億億億攝氏度，那麼輻射的波長就要小於普朗克長度【1.616255(18)×10^35 m】，這個結果將變得毫無意義。
總結
溫度有極限值其實很好理解，我們可以從微觀粒子的運動速度極限值入手，量子力學中不確定性原理限制了微觀量子的最低運動速度，而愛因斯坦相對論用光速限制了物體最高運動速度極限。
目前認為最高溫度出現在宇宙大爆炸普朗克時間後，而已經發現最低溫度是在回力棒星雲(Boomerang Nebula)，距離地球5000光年，位於半人馬座方向，最低溫度大約是272°C。
文/科學黑洞，圖片來源網絡侵刪。