已知宇宙中最热的温度是多少度？我们能达到吗？
来源：中国数字科技馆
根据我们对宇宙的了解，最冷的温度可能是“绝对零度”，等于摄氏温标零下273.15度。但是最热的温度是多少呢？
物理学对于最热的物体是什么样子有点模糊，但从理论上讲，这样的物体确实存在——至少曾经存在过，它被称为“普朗克温度”。
“最热”的温度到底是多少度？
当说到温度时，首先想到的可能是对一个物体所含热量的描述。或者说，这个热量不属于任何一个物体。
热量——或者说热能，是解答这个问题的关键。我们对热的直观理解是，它从温度较高的源流向温度较低的源，就像一杯冒着热气的茶，当我们吹它时，它会冷却。
在物理学术语中，“热能”更像是一个系统中，在原子和分子等粒子之间随机运动的平均值。把两个具有不同热能的物体放在足够近的地方接触，这些随机的运动将结合在一起，直到两个物体的热能处于平衡状态。热能是能量的一种形式，其计量单位是焦耳。
另一方面，“温度”则描述了从较热地区到较冷地区的能量转移，它的单位是开尔文、摄氏度或华氏度。与冰山相比，蜡烛的火焰可能温度较高，但当蜡烛芯被置于冰山中时，其加热的热量不会产生太大的影响。
那么，绝对零度到底是什么呢？
绝对零度是一种温度，它是热能相对转移的一种度量衡。从理论上讲，它标志着温度计上的一个点，根据热力学定律，在这个点上，一个系统的热能不能再被移走，所有的热运动将停止。
然而，根据热力学第二定律，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量，也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的，除非该空间自始即无任何能量热量。
所以，我们所需要的只是减少系统中粒子间平均热能分布的方法，利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子。
但最终，总有一个能量平均值，使温度比理论极限高出一点。
最高温度可能达到多少？
如果绝对零度设置了从一个系统中吸收热能的限制，那么我们可以将多少热能放入一个系统中也有一个限制，这取决于我们所讨论的系统类型。
一个极端是“普朗克温度”，相当于1.417 x 1032开尔文。这就是人们常说的“绝对热度”。在今天的宇宙中，没有什么能达到这样的温度，但它确实短暂地存在过——就在宇宙诞生之初大爆炸的那一瞬间。在一个单位的普朗克时间内，当宇宙的大小只有一个普朗克长度时，曾达到过普朗克温度。
如果温度再高一些，电磁力和核力就会与重力相当。要解释这是什么样子，需要使用人类还未掌握的物理学——一个将我们所知道的量子力学与爱因斯坦的广义相对论统一起来的物理学。
这也需要一些非常特殊的条件。如今，我们能达到的最高温度不过是用对撞机将原子一起粉碎时产生的区区几万亿度。
绝对零度的“反义词”
但是还有另一种看待热量的方法，一种把整个温度问题颠倒过来的方法。记住，热能描述的是系统各部分运动的平均值。它只需要一小部分粒子乱飞就可以产生“热”。
那么如果我们改变这些“活泼”的粒子，使其比惰性的粒子多时，会发生什么呢？这就是物理学家所说的倒麦克斯韦-玻尔兹曼分布（译者注：麦克斯韦-玻尔兹曼分布是一个概率分布，在物理学和化学中有应用），奇怪的是，它是用绝对零度以下的值来描述的。
这个结论似乎打破了物理学的规则。我们不仅把它量化为接近绝对零度的负值，从理论上来讲，它比任何正值都要热。
然而这仅仅存在于理论中，我们在宇宙的任何自然角落都无法找到，它需要接近于无限的能量输入。
但这并不意味着我们不能改变规则、不能做出类似的东西。2013年，德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克量子光学研究所的物理学家演示了一场实验。他们在非常特殊的环境中使用原子气体，制造了人类能达到的能量上限。实验结果形成了一个稳定的粒子系统，具有非常大的动能，以至于不可能再往里再塞进更多的粒子。描述这种特殊排列的唯一方法是使用一个零下开尔文的温标，也就是绝对零度下十亿分之几度。
理论上来讲，这种特殊的状态不仅能吸收来自较热空间的热能，也能吸收来自较冷空间的热能，使其成为一个真正的极端“温度怪物”。在宇宙的这个不为人知的实验室里，一台机器能够以超过100%的效率，同时从热和冷中“进食”，似乎对热力学定律不屑一顾。
（科幻世界 独家编译）
本文来自： sciencealert
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