宇宙的枷锁？为何高温能到1.4亿亿亿亿℃，低温却最多-273.15℃？

0℃在我们心中的印象就像一个“起点”，似乎正好位于高温和低温的“中间”。只要低于0℃，水就会结冰，天就会下雪；而只要高于0℃，很快就会是春暖花开。

在地球上这么说确实没太大问题。但如果要把范围放大至整个物理世界，我们就会发现一个奇怪的现象：

温度似乎是没有上限的，可以随意突破几百万，甚至几千万、上亿摄氏度；

然而，最低温度却被“设定”了一个临界值——“绝对零度”，也就是-273.15摄氏度。

为何会发生这样的怪异现象？难道是有“造物主”设置了物理的边界，不允许人类去触碰吗？

有“生命”的温度

物体的温度太高或者太低，物体的形态就会发生变化，熔化、凝固、汽化。这些物理学规律我们早在初中甚至小学时就有所接触，然而，你是否想过一个更深层次的问题：

温度到底是怎么来的？它又为什么会发生变化？

这还要从微观物理世界开始解释。

众所周知，一个物体往往是由无数微小的粒子所组成的，例如原子、分子和离子。这些微小的粒子并非静止地“待”在物体的内部，而是每时每刻都在进行永不停息的无规则运动，包括直来直去的“平动”、围绕着某点的“转动”以及颤抖一般的“振动”。

正是这些仿佛有“生命”一般的粒子无时无刻不在进行的复杂的运动，带来了物体的温度——因此，这样的运动也被称作为“热运动”。

粒子的运动越剧烈，运动速度越快，那么物体的温度就会越高；反之亦然，如果粒子几乎不进行运动，那么物体的温度就会很低。

因此，温度在微观世界的定义也可以是“物体分子热运动的剧烈程度”。

说到这里，为何物体的最高温可以无限高，而最低温却有限定值这一问题的答案就很明显了了。

当粒子运动速度无限快时，物体的温度自然也就可飙升至无限高的程度；而粒子静止，完全不进行运动时，物体的温度自然也就低到了理论所说的“绝对零度”。

理论“无限”并非实际无限

虽然在理论上，物体的温度可以通过粒子的无限加速达到无限高，也可以由于粒子的静止达到绝对零度，不过在实际上，粒子是无法达到“无限加速”或者是“完全静止”的绝对状态的。

爱因斯坦的狭义相对论中提出了两个最为关键的概念：光速不变原理和质能关系原理。我们可以用一个公式来表达这两个概念，那就是著名的E=mc^2。在公式中，E代表的是能量；m代表的是物体的质量；c代表的是光速。

用原理的内容来解释，那就是：光速c是一个恒定的值，在任何参考系中，光速在真空中的速度都约为每秒299,792公里。而当一个有质量的物体不断加速时，也就是在m不为0的情况下，它的运动质量会不断增加，由此得到的E也会不断增加。

随着速度不断加速，就需要更大的能量E来进一步加速物体。而当物体的速度接近于光速时，其所需的能量也趋近于无限大。换而言之，为了将物体加速到光速，理论上需要无限的能量，这是现实中不可能实现的。

因此，作为有重量的物体——粒子，其运动速度无论如何快，都无法真正到达光速，而只能无限趋近于光速。

如果要问宇宙中温度最高的物体是什么，那还得把时间追溯到138亿年前，宇宙大爆炸的那一刻。当时的宇宙还处在“奇点”的形态中，有着无限高的温度、无限高的密度以及无限小的体积。虽然我们还不知道这些数值的确切数字，但我们可以用以类比粒子运动速度无限趋近于光速的物体。

宇宙大爆炸的那一刻，其温度数值达到了1.4168×10^32开尔文（K），相当于1.4亿亿亿亿摄氏度左右，几乎已经超出了人类的理解范畴——这是理论上物体可以达到的最高温度界限，科学家们将它命名为普朗克温度。

同样的道理，粒子的运动速度再慢，也不可能完全静止，而只能无限接近于“绝对零度”。

在量子力学中，所有粒子的运动都具有不确定性，其位置、动量永远处于变化之中，是永远不能被人类所同时精确测量到的。因此，量子场论领域诞生了一个著名的论断——“真空零点能”。

即使在绝对零度的真空条件下，仍然会存在“量子涨落”的现象，这是由于在该环境中，仍然在不断诞生“虚粒子”，它会随时和另一枚“虚粒子”相碰而瞬间堙灭。这一现象无法被人类直接观测到，但又实际地存在着，使得即使是在真空的环境中，仍然存在量子态的能量波动。

在这样的条件下，粒子的热运动会在理论上降至最低，所有经典物理学意义上的动能都会消失。粒子虽然保有着零点能，但这已经是量子态的最低能级能量，这一部分能量并不参与到热运动中。

因此，绝对零度是一个理论上的温度下限，代表了粒子动能不可能再降低的状态，但现实中的粒子动能无论如何降低，都不可能达到绝对的静止——这也反向限制了，绝对零度在现实条件中是无法达到的，而只能无限趋近。

你可能会好奇，绝对零度的-273.15摄氏度这一确切的数字，究竟是如何得出的？

实际上，这并非科学家们随意选择的数字，也不是实验中确实接近甚至达到过的温度，而是通过理论推导确定的。

在关于气体在压力、体积和温度之间关系的研究中，科学家们创造出了一个概念——“理想气体”，它是实际气体的简化形态，一种理想模型，使得其中的分子不占有体积，且分子间没有相互作用力。

这种气体显然在现实中不存在，但在理论研究中，这可以最大程度地放大其他因素之间的关系。

在查尔斯定律、盖-吕萨克定律以及后来的理想气体方程的研究中，科学家们通过实验数据，绘制出了描述压力、体积和温度之间关系及变化规律的P-V图（压力-体积图）和P-T图（压力-温度图），发现当温度降低时，气体的压力和体积的关系趋近于一条直线。

而如果将这条直线外推到气体体积为零的条件下，其与温度轴的交点对应的就是-273.15摄氏度，即我们现在所知的绝对零度。

我们都知道，气体的体积不可能为零，这只能是理论上的假设——这一点也同样证实了，绝对零度只能在理论上存在，现实中物体的温度只能无限趋近而永不到达这一数字。

如果有地方抵达了绝对零度，它会变成什么样？

宇宙中目前已知的最接近绝对零度的天体是回力棒星云（也称为布莫让星云），温度达到了-272摄氏度（即1开尔文），近比绝对零度高1开尔文的温度。它和我们的地球一样，同处于银河系中，距离地球大约5000光年。

回力棒星云之所以如此寒冷，是因为它包含了一个正在走向生命尽头的恒星，这颗恒星释放的物质在膨胀过程中急速冷却，由此形成了极低温的环境。回力棒星云被科学家称为“宇宙冰盒子”，因为它是人类目前已知的自然界中最寒冷的地方。

虽然自然界中不可能存在抵达绝对零度的地方，但我们也不妨畅想一下，如果真的有某处抵达了绝对零度，那里的物体都会变成什么样？

首先，所有微观粒子，包括原子、分子的运动都会停止，这个地方将成为一个真正的完全静止的区域，不存在任何包括宏观世界和微观世界的运动。

其次，当某些材料在接近绝对零度后，会表现出超导性，即电阻将会消失。这使得电流可以无损耗地自由流动，信息的运输效率将大大提升——这也是我们的科学家如此积极地研究超导材料的原因所在。

另外，一些液体会变成超流体，这意味着它们可以无粘滞性且可以无摩擦地流动。例如液氦在约-269.98°C时就会表现出超流性。在没有外部作用力的情况下，超流体可以自行爬过容器壁向上流动，穿过容器的狭窄开口或毛细管，甚至还能维持涡旋运动。这些特性使得它可以在量子计算机中作为媒介使用。

当然，在这样的环境条件下，任何形态的生命都不可能存在。

绝对零度的环境甚至可以影响到对时间和空间的测量——不过，所谓的“绝对静止”到底包不包括时间的停滞？这一领域的突破能否帮助人类“控制”时间，甚至进行时间旅行？更多的问题就要等待科学家们进行更深的研究后才能解答了。