允许温度极限是什么（温度高低有极限吗）

今天深圳天气晴好，午间室外气温29.1℃。从新闻上得知东北有些地方已经下雪，温度跌至零下。近期热映的电影《攀登者》所反映的珠穆朗玛峰平均气温大约在-36℃左右；而另一部电影中3U8633航班刘传健机组在9700米高空更是经历了-40℃的刺骨寒冷。

温度到底是什么？为什么高处不胜寒？为什么太空中温差极端？有比绝对零度更低的温度吗？高温有没有上限？我们今天来为你解开这些谜题。

登山者

北宋大文学家苏轼在他的词中说“我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒。”尽管此处有其它意涵，却也揭示了一种自然现象：海拔越高的地方，温度越低。

你也许知道，在地球上海拔每上升100米，气温大约会下降0.6℃。这个规律适用于距离海平面较近大气层的对流层，因为越靠近地表的区域温室气体的密度越大，更多的二氧化碳和水蒸气吸收和保留了更多的热量，并将热量向四周辐射。

实际上地球大气的温度受许多因素的影响，不仅仅是海拔。

标准大气模型中温度、密度与高度的关系

从NRLMSISE-00 标准大气模型中我们可以看出，在距离地面大约50千米和110千米的高空，空气的温度与地面接近，并不只是越往高处越冷。恰恰相反，在110千米以上的高空，越往上越热，在距离地面500~1000千米的高度，这里的气温竟然高达1500℃，因此这里被称为地球大气的热层。这是空气粒子被强烈太阳辐射加热造成的，由于在这个高度大气极其稀薄，隔着很远距离才有一个高能量的空气粒子，所以我们在这个高度上并不会感觉到有多么热，出舱工作的宇航员们也不至于被烤焦。

在400千米高空的宇航员

所有在国际空间站出舱工作的宇航员都会有一个共同的感受，那就是“冰火两重天”：他受到太阳照射的那一面温度高达121℃，而背阴面却低至-233℃。受益于舱外航天服优异的隔热和内部热循环系统，否则没有人能够在350多度的温差下生存，更不用说还要进行长时间高强度的工作了。

宇航员维修太空站受损的太阳能电池

这是一个有趣的问题，它涉及温度的本质。事实上，在宇宙的真空里并没有温度，但如果你在那放一个温度计，就一定能测到温度。为什么会这样？

我们先来看一看物理课本里对于温度的定义：“ 温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。”

一个蛋白质分子片段的振动与温度相关

严格地说，温度是表示可探测物质冷热程度的物理量，微观上来讲温度是由可探测物质粒子微观运动所引起的，这种微观运动的剧烈程度决定了物质温度的高低。

由此可见，温度与物质分不开，真空中没有物质，自然就不存在温度。但我们已知在真空中并非完全不存在物质，科学家们判断宇宙中物质总量的85%是暗物质，它们有可能填充着那些被定义为“真空”的区域，这些暗物质目前无法被探测到，我们无法测量它的温度。所以目前对于温度的定义仅限于可探测的物质，如果某一个区域空间中没有这些物质，我们就说这里没有温度。

温度计

在宇宙的真空中或许没有可探测的物质，但宇宙中无处不存在着辐射和波，无数的光子在空间中穿行，当它们遇到物质时，会撞击物质，从而改变物质的运动方式，使其能量发生改变。因此当我们将一个温度计放到真空中时，光子会轰击并将能量传递给它，使它的温度升高。

科学家们认为绝对零度是宇宙中的最低温度，但绝对零度仅存在于理论上，宇宙中并没有发现温度为绝对零度的物质。

什么是绝对零度？

绝对零度通常标记为0开尔文（0 K=-273.15℃），它是理论上热力学的最低温度，在这个温度下，物质的动能和势能为0，它的内能也为0。事实上这样的物质并不存在，因为所有的物质都由原子构成，电子围绕着原子核运转，任何物质必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失，因此原子的内能不为0。根据经典热力学理论，绝对零度是不可能达到的最低温度，自然界的温度只能无限逼近0K，而不会等于0K。

0开尔文（−273.15°C）被定义为绝对零度

既然没有物质能达到绝对零度，那么0开尔文（-273.15℃）是如何得出来的呢？事实上，人们通过实验只能得到4.5×10⁻¹⁰K这个非常接近0 K的低温数值。绝对零度是通过“理想气体状态方程”推算得出的。

以三种不同气体样品的压力与温度的关系曲线推断出绝对零度

为了使温度的定义便于理解，我尽量少提及热力学的一个重要概念“熵”。在统计力学中，熵是一个热力学系统的广泛性质。你只需要知道当一个系统温度接近绝对零度时，几乎所有分子运动都停止并且ΔS = 0 ，其中S就是熵。这意味着系统处于热平衡状态，传热停止，并且物体的各个状态变量已经稳定下来，不再变化。

通过前面的分析，你大概已经知道了物质温度是有极限的，目前已知的最低温度下限就是绝对零度。我们可以制作尽量接近0K这个绝对零度的超冷原子，比-273.15℃更低的温度是否存在？未来也许会有，这意味着突破现有的物理学理论。

高温有没有极限呢？也有。与绝对零度相对应，“绝对热”是热力学中最高温度标量的上限，目前这个最高温度被称为普朗克温度。

普朗克温度的值约为1.417×10³²开尔文，也就是亿亿亿亿度的样子。

最高的温度产生于宇宙大爆炸的一瞬间

普朗克认为如此高的温度只有在宇宙大爆炸发生时才会存在，在“奇点”发生爆炸的5.39×10⁻⁴⁴秒（一个普朗克时间）内，如此高的温度使粒子的能量变得极其巨大，熵膨胀产生了宇宙，所以它是不可复制的。我们不能通过人为的办法达到这一温度，即便未来人类能做到，也要小心为之，天知道会不会炸出一个新宇宙来呢？

温度实质上就是衡量宇宙中可观测物质粒子热运动的一个标量。

温度是物质的，没有物质就不存在温度。真空中没有可观测的物质，因此真空没有温度。人们知道宇宙中存在大量暗物质和暗能量，由于我们无法观测它们，因此暗物质没有温度。

回旋镖星云物质的最低温度仅有1K

绝对零度并不是没有温度。绝对零度是指物质粒子不再热运动，它的内能为0，其系统的熵等于0。从物理学的角度认为宇宙中并不存在绝对零度的物体，人们在宇宙中探测到回旋镖星云的最低温度为1开尔文，而在实验室里人们可以得到十亿分之一开尔文的极低温度，却始终无法得到真正0K的物体，这是因为一切物质都处于运动之中，因此一切物质也自然拥有温度。

人们在宇宙中不断探测到极高的温度，也能通过实验制造出几亿度的高温。但最高的温度只在宇宙大爆炸之初才产生，因此它是不可被复制的。