深度长文：温度的本质到底是什么？温度有下限和上限吗？

我国北方地区一般到了1月份温度在零下5到10℃左右甚至更低，而南方有些地区温度虽然相对较高，一般应该是在零上5℃到10℃左右。

温度的变化也是衣服薄厚的变化，温度在生活中也是一个重要的穿衣参数。地球上所有的生物对于温度都有一个适应机制，温度如果过高或者过低都会对生物本身产生一定的影响。

而目前人类在面临着全球变暖带来的温度上升，预计到了2100年，全球平均气温将上升1.4~5.8摄氏度左右！温度的上升和下降对于全球来说都是一个不好的现象。

回过头，我们再来讨论温度这个概念。

我们都知道温度是表示物体冷热程度的一个物理量，而我们对温度的理解也是冷和热两个概念。它对生物体也有着不可忽视的作用。

生物体包括人在内，对温度的敏感性还是比较大的。地球上几乎所有的生物都生活在零下几摄氏度到50摄氏度之间。

当环境温度低于一个临界值，会导致生物代谢紊乱，蛋白质合成受阻，脱水变性。

高温则会破坏酶的活性，夏天没有食欲就是因为胃蛋白酶的活性很低，导致消化减慢。同时还会造成缺氧以及神经系统麻痹等症状。

人的正常温度是37度左右，感冒发高烧时体温会上升到40摄氏度，即使是三度的差距，也足以对身体造成恶劣的伤害，可见人类有多么的脆弱。

除了温度对生物体的影响，在其他方面也是不可忽略的因素之一。

比如物理和化学中也有着特别的意义，物理中温度是粒子运动的直接体现，而在化学中不同温度下的物体是有着不一样的状态。

• 1.温度可以影响化学反应的速率。
• 2.温度可以使物体产生热胀冷缩现象。
• 3.温度充当了热力学重要的参数。
• 4不同的温度能影响声速，空气密度的大小。

温度计的原理就是热胀冷缩，当温度升高时，温度计内的物质就会膨胀，体积增大。温度降下来，体积又会减小。

宏观上来讲，温度表达的是物体的冷热程度，这也是人们对温度的最直观的表达。

但是对于人来说，冷和热都是相对的，用冷热程度来形容显然不合理。

假设有三杯水，温度分别是0摄氏度，20摄氏度，40摄氏度。先把左手放到0度的水中，右手放到40度的水中，1分钟后，同时放入20度的水中，这时，你会发现，左手给你的感觉是：这杯水是“热的”，而右手给你的感觉则是：这杯水是“冷的”。

显然，仅通过冷热关系是无法精确描述温度的。

于是科学家不得不找出，不受外界影响的单位来客观的描述温度这个物理量。

摄氏度的出现在1742年，由瑞典天文学家安德斯·摄儿修斯提出的，经过几次改进后。最终把1个标准大气压下，纯净的冰水混合物的温度定义为0摄氏度，水的沸点定义为100摄氏度。并把中间的温度差平均分为100份，每一份就是1摄氏度。

开尔文勋爵

1848年，开尔文勋爵发表了一篇名为《关于一种绝对温标》（On an Absolute Thermometric Scale），在论文中提到了“绝对的冷”的概念作为温标的零点（0K），也就是绝对零度，并使用摄氏度作为单位增量。通过测算得到绝对零度等于-273摄氏度。

1954年，第十届全国计量大会（CGPM）把这个值定为-273.15摄氏度，这个值就是宇宙中温度的下限值。

有人可能会问了，为什么温度会有一个下限值，难道不可能更“冷”了吗？

这时候，我们再来了解一下温度的本质是什么？

刚刚已经提到温度是表达物体冷热程度的物理量，现在我们从微观角度来看，温度是由物体分子热运动产生的，分子热运动越是剧烈，物体的温度就越高。温度是物体分子间的平均动能的表现（注意是平均动能，而不是单个或多个分子，因为单个分子不存在温度）

• 接着我们大胆猜测一下，当物体分子停止热运动会发生什么？

没错，这时物体的温度就达到了绝对零度，

在这个温度下，粒子的动能和势能都降到了零，内能也为零，不与外界发生能量和转化，包括电子都停止了运动。

• 显然，这个假设并不能实现，绝对零度只能无限接近，而无法达到。

学过物理的应该都知道，粒子是在永不停歇的做无规则运动，这就说明了粒子永远不会停止运动，这就意味着绝对零度只是一个理想值，现实中是无法达到的。

还记得量子力学中的不确定性吗？就是说粒子的位置和动量是不可能被同时确定的，如果粒子停止运动的话，那么其位置和速度是一个确定的值了，这样就把量子力学给推翻了！

目前科学家为了一次又一次的接近绝对零度，进行了多次实验，达到的温度已经和绝对零度的差距非常小了。其中比较著名的方法有以下：

激光冷却法

这种方法最早是由斯坦福大学的T.W.汉森等人提出的一种设想，原理是使用多道激光将气体分子减速，从而降低分子的平均动能。

当原子的量子态都凝聚成单一的量子态时，会呈现出玻色-爱因斯坦凝聚。这个实验需要的低温是1.7×10^-7 K，1995年，埃里克·康奈尔和卡尔·威曼首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。也就是说他们成功创造出了1.7×10^-7 K的低温环境。

而最新实验表明，人类所创造出的最低温已经达到了-273.149999999k。

说完了温度的下限，我们再来看看，温度的上限。

可能在大家的印象中，几千摄氏度就算得上是高温了，比如太阳表面温度5770k以上。这是什么概念呢？到目前为止，还没有任何物质能够承受这个温度。

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而我国的第一个原子弹在爆炸中心温度就达到了5000万摄氏度，再来说一下氢弹的温度，据研究表明氢弹可能会超过一亿摄氏度！再高一点，人类使用大型强子对撞机使粒子相互碰撞创造出5万五千亿摄氏度的高温。

以上所说的温度可能在我们看来已经算得上高温中的高温了，但是现在要来说一下宇宙最高温。

• 接下来的数据可能超乎你想象。

根据宇宙大爆炸假说，在138亿年前，宇宙由一个奇点发生大爆炸，然后产生了宇宙最高温，大约为1.417×10³²开尔文，也就是1.4亿亿开尔文。如此高的温度只存在了一个普朗克时间（5.39×10⁻⁴⁴s。之后宇宙再也无法诞生出这个温度，于是普朗克温度就成了温度的上限值。

最后我们来总结一下

我们讨论完温度会发现温度是个可以深入研究的物理量，首先温度是有范围的，绝对零度是温度的下限，它只是一个理论值，既不存在，也无法达到。温度最大值则是普朗克温度，它只在宇宙大爆炸之初，存在了一瞬间。未来宇宙中将再也不会出现如此高的温度。

温度的本质是物体分子热运动的剧烈程度，宇宙中所有的粒子都在永不停息的进行着运动。即使是宇宙背景辐射的温度也有3k。所以没有了物质，也就不存在温度这一说。