宇宙最高溫度是1.4億億億億度,為什麼最低溫只有-273度?

我們常常能聽到「絕對零度」的概念，並且有些人認為這是宇宙中理論上的最低溫度（實際上，並不是，下文我們會提到具體原因）。那麼，宇宙到底存不存在最高溫度呢？

我們可以先給出答案：宇宙是存在最高的溫度的。具體咋回事呢？

我們今天就來聊一聊這個話題。

溫度

溫度是衡量物體冷熱程度的物理量，也就是和熱現象有關。要了解溫度的本質，我們需要從微觀視角來看。我們知道，宇宙中的萬物都是由微觀粒子構成的。著名的物理學家費曼曾經提出過一個想法，他在他的著作《費曼物理學講義》中寫到：如果發生了某種大災難，所有的科學知識都丟失了，只有一句話可以傳下一代人，那麼怎麼樣才能用最少的詞彙來傳達出最多的信息呢？我認為這句話應該是原子假設。

這裡的原子假設就是所有的物體都是由原子構成的。費曼這句話是很有道理的，微觀世界確實決定了整個宇宙的性質。

溫度其實就和微觀粒子的運動有關。微觀粒子在構成物質時，並非是整整齊齊一動不動的，相反，它們是一直在亂動，我們甚至很難精確地描述這種運動。

雖然我們無法描述一個個粒子，但是我們還有統計學的辦法來得到粒子的平均動能。科學家發現，粒子的平均動能越大，說白了就是粒子整體運動得越歡快，這時溫度就越高。反之就是，粒子的平均動能越大，粒子整體運動得不歡快，溫度就越低。

通過上面的描述，我們自然而然地會想，如果這些粒子都完全不動，是不是對應的就是最低溫度呢？

雖然這很符合直覺的，但這其實是錯的。上世紀，量子力學的發展，讓我們知道微觀粒子是具有波粒二象性的。這個性質描述讓我們知道，微觀粒子的行為是和宏觀完全不同的，不是確定性的，而是概率性的。因此，微觀粒子不可能完全停在某個位置上。

因此，最低溫度對應的是粒子平均動能最低時的溫度，這時候粒子還會在一定範圍內振動，只是幅度相對小。而這個溫度就是絕對零度，零下273.15度。

但是這裡要補充一句，根據熱力學第三定律，絕對零度是達不到的。因此，絕對零度並不是宇宙的最低溫度，宇宙中的溫度再低都會高於絕對零度。

那宇宙的最高溫度又是從哪裡來的呢？

難道這個溫度就對應的是粒子最高動能的狀態？

宇宙的最高溫度

宇宙的最高溫度來自於宇宙大爆炸的初期。按照我們目前主流的宇宙學理論，宇宙應該是誕生於138億年前的一次大爆炸。目前關於宇宙大爆炸的理論是基於標準宇宙模型而來的，相關的證據是哈勃觀測到的星系紅移、宇宙微波背景輻射、氦原子豐度。

這裡補充一句，我們並不知道為什麼發生大爆炸，更不知道大爆炸之前到底是什麼。很多人以此來質疑標準宇宙模型。其實我們可思考一下，我們目前只是不知道，並不是說就不存在。這就好比，一個孤兒，他不知道他的父母是誰，那這會影響到他真實存在這件事嗎？

其實並不會，我們現在所掌握的理論和證據就好比是證明了這個孤兒存在，只是我們沒有掌握到為什麼會出現這個孤兒和他父母是誰而已。

說回到正文，我們其實還不知道一件事，這就是宇宙大爆炸之後普朗克時間內發生的事情，這個普朗克時間是5.4*10^-44秒。這是因為我們目前的物理學理論無法描述這麼短時間間隔內的變化。或者說，我們目前的物理學理論認為這個時間尺度是時間變化的最小單位了。

普朗克時間之後，宇宙所對應的溫度就是目前我們所知道的宇宙最高溫度，這個溫度是1.4億億億億度，也就是1.4*10^32K。這時候的宇宙內部存在著都是高能光子。

隨後，宇宙劇烈地膨脹，宇宙的溫度隨著空間的膨脹，溫度逐漸降低，在這個過程中，各種粒子逐漸形成，又相互湮滅，循環往復，每10億對正反粒子湮滅，會留下一個正粒子。這也是為什麼宇宙是正物質構成的原因。

在宇宙大爆炸後38萬年內，宇宙就像一鍋粒子粥，其中各種粒子擠在一起，由於光子參與到電磁相互作用，因此，也被約束在其中。宇宙大爆炸後38萬年，溫度降低3000K左右，這時候原子結構得以形成，光子得以在宇宙中傳播，稱為遍布全宇宙的背景輻射，也被我們稱為宇宙微波背景輻射。

如今我們還能探測這些光子，說白了就是宇宙大爆炸的餘熱，溫度是2.72K。也就是說，宇宙的溫度從138億年前的1.4億億億億度一直降到了現在只比絕對零度高2.72度。

總結

宇宙的最高溫度是1.4億億億億度，它是宇宙大爆炸後5.4*10^-44秒所對應的溫度，隨後宇宙的溫度隨著空間的膨脹而逐漸下降，直到現在只有2.72度。而宇宙中最低溫度才是未知的，但是我們知道它是無限接近於絕對零度，而無法到達絕對零度。