科学家们如何测量出宇宙深空最高和最低温度？

常常看到有许多网友质疑，宇宙深空动辄亿万光年，科学家们都知道那里的星球有多高温度，也知道遥远的星云有多低的温度，又没有那么长的温度计，这些数据是怎么来的呢？是不是瞎子估水一担两桶，随意猜测出来的呢？

其实科学家们在观测宇宙和我们物质世界最深层次时，我们真的不能够用生活中的常识来想象，经过几百年现代科学的发展，科学家们已经有许多办法来了解我们宇宙最远处和微观世界的最深处了。

宇宙中最高温度和最低温度都不是直接测量出来的，而是一个理论值。

而且现在所谓的最高温度和最低温度，这两种温度都不存在。

一种是最高温度，为普朗克温度。这种温度只有在宇宙大爆炸那一刹那，也就是普朗克时间，普朗克空间，发生的普朗克温度。

量子力学认为，人类了解的任何事物都不能超过普朗克尺度极限，超过这个极限不是不存在，而是没有意义。因为已经小于最小的量子态了，属于不可观测范围，或者说已经不属于我们世界可以认识的事物了。

这些量子单位是量子力学的开山鼻祖马克斯·普朗克率先提出，因此人们把它叫做普朗克单位。

普朗克尺度是迄今科学认为的最小尺度，为1.6x10^-33cm，其计算公式为：

其中为约化普朗克常数，普朗克常数h=6.6260693(11)×10-34J·s，=h/2π；G为引力常量，G=6.67259×10-11N·m/kg；c为光速，c=299792458m/s。

普朗克常数等是量子理论里专业性很强很复杂的计算过程，这里就不深扯了。

这个尺度比原子核小多了，原子核的数量级为10^15m，比普朗克尺度大20个数量级，万亿亿倍。

而普朗克时间是10^-43s，其计算公式为：

这个时间是我们人类理论上能够认知的最小时间单位，约为1000亿亿亿亿亿分之一秒。

普朗克温度为10^32K，其计算公式为：

这个温度就是在宇宙大爆炸发生在普朗克尺度和普朗克时间里面的温度，在那种只有原子核的万亿亿分之一半径空间里，在大爆炸刚开始的1000亿亿亿亿亿分之一秒时间，所发生的亿亿亿亿K高温。

“K”是热力学温标，又叫绝对温标，全世界所有各种温标都是以这个为标准换算的。我们中国通行摄氏温标，摄氏度℃温标与K对应为，-273.15℃=0 K，0℃=273.15K。在摄氏度0℃以上时，如果以热力学温标计数，只要减掉273.15度，就是摄氏度。而在宇宙很高温度下，比如万度乃至亿度时，这种差别完全可以忽略不计，因为宇宙测得的极高温度本身也是有误差的，而且不止几百度误差。

从以上状态我们可以看出，宇宙中最高温度并不是测出来的，而是通过理论建模计算出来的。

有人会说，这种建模计算可靠吗？

现在宇宙中还有几万度甚至若干亿度的高温又是怎么测出来的呢？在宇宙中，目前认为存在的最高温度一般发生在超新星爆发或者伽马射线暴，天体最高温度一般在中子星中心或黑洞吸积盘，这些事件或者天体都有百亿度乃至千亿度高温，伽马射线暴甚至可以再现宇宙大爆炸千分之一秒时的温度。宇宙大爆炸后千分之一秒温度高达万亿度以上。

现在科学家们在大型强子对撞机里面制造出了迷你版的宇宙大爆炸场景，在这个瞬间形成的场景里，温度达到了10万亿K，达到太阳核心温度的近100万倍。

那么，以上这些高温是测量出来的吗？也不是，因为没有这么高的温度计。任何温度计在比这低很多的高温里都早就气化掉了。那么这些温度到底是怎么测量出来的呢？

实际上有许多人不相信这种温度是真的，他们不但认为宇宙温度，而且有许多事情都不相信，因为这些事情完全出乎他们生活常识认知以外。但这个世界如果只有绝大多数吃瓜群众这样的认知，社会文明就不会走到今天，也不会有科学的发展了。

科学家们就是这样一代代前赴后继为人类开拓文明进程的。

是科学家们的发现和发明，把人类从黑暗蒙昧的时代，带入了光明智慧的时代。对于温度的认识也是经过曲折探索的。

最早，一些科学家认为，温度是单独存在的物质，由此创立了一种“热质学”的理论。这种理论把热传导过程看作是“热质”的流动，并总结出了“热质守恒定律”。但这种学说没有办法解释摩擦生热，一直受到一些科学家的质疑和挑战。1798年英国物理学家伦福德通过摩擦生热实验，提出了热是一种物质运动形式的学说；后来，英国科学家戴维又通过冰摩擦生水的实验进一步推翻了热质说。

这样科学家们终于得出了热并不是一种单独的物质，而是物质内部粒子无规则运动造成的现象。温度就是粒子运动强度的表现，得出粒子运动越强烈，温度就越高，反之就越低，停止运动，温度就没有了，这就是绝对零度的由来。

爱尔兰科学家波义尔和英格兰科学家胡克通过“马德堡半球”实验，发现了气体体积、压力和温度之间存在着复杂的关系。随着进一步研究深入，人们发现不同的元素在不同的而温度下会呈现出不同的光谱，而且会发出不同的电磁辐射，而且温度与亮度也存在线型比例关系。

科学家们还得出了温度和能量的关系，通过计算不同温度放射出来的电磁波波长，就可以不用接触热载体就能够测算出温度。电磁波从长到短可以区分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，波长越短的电磁波所携带的能量越高。这样科学家们就可以通过各种光学望远镜、射电望远镜、射线望远镜来观测遥远天体的温度了。

如科学界把恒星光谱分为O、B、A、F、G、K、M、R、S、N等类型，每个类型又细分出10个次型，这些光谱都对应温度和天体组成成分，但这些只能测出其表面温度。中心温度则要根据天体质量大小成分组成，理论估算出中心压力和温度。

这样观测遥远高温和低温就不需要制造一个长长的温度计去测量了。

就像一个老打铁的师傅，会通过把铁烧到不同颜色来把控铁的温度和韧性，从而打造出所需用具。科学家们也能够通过观测这些现象得出各种判断。不过科学家们的观测和探测是根据环环相扣的理论建模得到的，就更为精准。

事实上，现在的高科技已经能够通过望远镜的监测，经过计算机复杂的运算，很快就可以得出一些遥远天体的各种数据了，其中当然包括了温度及其成分分析。这些也绝不是电脑在那里随意运算，而是人类把几百年来的科学研究成果和观测发现经验数据，输入到电脑中，电脑进行模型比对和数据运算的结果，1秒钟的运算结论比过去人类数年的运算还要精准很多。

温度是宇宙客观存在，温标是人类主观设定。

宇宙热运动是一种客观现象，是不以人的意志为转移的。因此温度本身是客观存在的，而温标则是人类通过对宇宙温度的把握，为了更好交流而设置的主观标准。现在常有的有开氏温标（K）、摄氏温标（℃）、华氏温标（℉），历史上还出现过兰氏温标、列氏温标等，现在都废弃不用了。

这些温标主要是为了人类生活中方便而设定的，因为人类的一般活动都是在零下几十度到零上几百度这么一个范围，所以温度计都设置在这个范围。开氏温标是1848年英国著名的数学家、物理学家、工程师威廉·汤姆逊·开尔文勋爵创立的，是最科学的温标，是通过理想气体来确立的，是一个纯理论温标，与温度物质属性无关，符号T，单位K（称开尔文，简称开）。

开氏温标是根据热力学中理想气体分子平均动能方程得出的，这个方程表述为：Ek=ikT/2。

开氏温标只有下限，没有上限。当温度达到T=0 K时，气体分子动能为零。这种状态下物质体积为零，空间为零。为了适应人们已经形成的习惯，计算更方便，开氏温标每一度的刻度间隔与摄氏度相等。

但其他一切温标都是以开氏温标为准绳的。

绝对零度就是热力学的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度，是一种理论上存在的下限值，标示为0 K（注意，不是OK），相当-273.15℃或-459.67℉。

摄氏度t与开氏度T的换算关系为：T（K）=273.15+t(℃)；华氏度F与摄氏度t的换算关系为：℉=t（℃）x1.8+32；换算结果是100℃=212℉/0℃=32℉。因此，热力学温标与华氏温标换算关系为：K=(F-32)×5/9+273.15或F=(K-273.15)×9/5+32。

绝对零度是理论上是无法达到也无法监测到的。

因为一旦到了这样一个温度，空间时间都没有了，谁作为观测者去测量呢？

现在人类在宇宙中发现的最低温度为1K，这个地方是在距离我们5000光年的回力棒星云；宇宙微波背景辐射为2.75K，这是宇宙大爆炸第一缕辉光的遗迹，经历了138亿年的传播，只有微弱的余烬被人类所观测到。

而人类已经制造出宇宙中最低的温度，这个温度是0.5nK(纳开），也就是20亿分之一开。这是正在无限接近绝对零度的温度，在这种温度下，玻色子物质呈现出第五态，即波色~爱因斯坦凝聚态，在这种极端温度下，物质呈现出某些奇异特性，比如超流体、超导体现象。

像这种温度照例不是直接用温度计测量到的。人类制造的最高温度和最低温度都不是宏观事物，而是原子级的，要知道1个针尖上就可以排布上万亿个原子，人类用什么探针去测这种温度呢？

因此科学家们就是根据色谱、电磁辐射、气体体积、压力、粒子运动状态等与温度的关系，来测算这种超高温超低温以及远距离天体的温度。