宇宙平均温度仅-270.42℃，拥有无数恒星的宇宙，为何如此寒冷？

正如我们所知，宇宙中的恒星多得难以计数，每一颗恒星都算得上一个巨大的“核聚变反应堆”，它们每时每刻都在向外释放出大量的热量，据此我们很容易认为，宇宙平均温度应该不会太低。

但科学家却告诉我们，宇宙平均温度仅仅只有大约-270.42℃，而这样的温度，已经相当接近理论上的低温极限——绝对零度（273.15℃）。那么，拥有无数恒星的宇宙，为何会如此寒冷呢？下面我们就来聊一下这个话题。

给宇宙测量温度，一把特殊的“温度计”

通常我们会将温度描述为：温度就是物体内部微观粒子热运动激烈程度的宏观体现，但是，这样的描述在宇宙尺度上却很不合适。为什么呢？原因就是两个字：空旷。

宇宙实在是太“空”了，空到超乎我们的想象。把宇宙中所有的物质平均分配到整个空间里，你猜每立方米能分到多少？答案是：大约6个质子的质量。

在这样一个几乎“空无一物”的地方，你没法像在地球上那样，通过微观粒子热运动的激烈程度来描述温度。

那么，科学家们是如何描述宇宙温度的呢？他们用了一种更聪明、也更符合宇宙实际情况的方法，这个方法的核心概念叫做“热平衡”。

在日常生活中，我们常会遇到这样的现象：当一个物体被置于特定环境中，经过一段时间后，它的温度会逐渐与环境温度保持一致，所以此时该物体的温度便可视为该环境的温度。

这种现象的出现，其实就是因为物体达到了热平衡，即物体向外界释放的热量与从外界吸收的热量恰好相等。

同样的道理，如果在宇宙空间的某一区域放置一个物体，当该物体与周围环境达到热平衡时，其温度便可视为该区域的温度。

在真空中，热量传递的方式很单一，既不能像煮汤一样通过对流，也不能像摸烫手的杯子一样通过传导。它只能依靠一种方式——辐射。辐射，说白了就是以电磁波的形式传递能量。从遥远的恒星射来的星光，本质上都是电磁波。

所以，我们给宇宙测量温度的“温度计”，其实就是看一个物体在其中通过吸收和发出电磁波辐射，最终能稳定在多少度。

恒星犹如孤独的“篝火”，无法温暖宇宙空间

现在我们有了测量方法，就可以回头审视那些恒星了。它们确实是强大的热源，通过核聚变产生惊人的能量，并以辐射的形式撒向宇宙。但问题是，这些“篝火”实在是太孤独了。

宇宙的尺度，是任何地球上的经验都无法比拟的。就拿我们所在的银河系来说，恒星之间的平均距离大约是5.5光年。

为了让大家有个更直观的感受，我们可以来做一个思想实验，假设有两颗与太阳一样的恒星，它们的距离为5.5光年，现在我们把它们缩小到一个足球那么大，那么按同等比例缩小的话，它们的距离是多少呢？答案可能会让你大吃一惊：8200公里。

想象一下，你点燃了一堆篝火，然后问一个远在8200公里外的朋友，能不能感受到篝火的温暖？这听起来就像个笑话。

物理学上有一个著名的“平方反比定律”，它告诉我们，辐射能量的强度会随着距离的平方而急剧衰减。就像手电筒的光，离得越近，光斑越小越亮；离得越远，光斑越大越暗。恒星的光和热也是如此。

我们太阳系里的冥王星，与太阳的平均距离大约是59亿公里。这个距离在恒星尺度上连“家门口”都算不上，即便如此，太阳光到达那里时已经非常微弱，冥王星表面的温度低至零下229摄氏度。

连太阳系内部的“近郊”都如此寒冷，那些动辄相隔几光年的恒星之间，又能指望彼此传递多少热量呢？所以对于广袤的宇宙空间来说，恒星发出的能量，就像是黑夜里一根遥远的火柴，你最多只能看见它微弱的光，却感受不到丝毫的暖意。

更进一步说，恒星大多都聚集在星系这个“城市”里。而在“城市”与“城市”之间，是更加空旷、更加黑暗的星系际空间。这些空间的尺度动辄就是几十上百万光年，那里几乎是一片虚无。

所以虽然宇宙中有无数颗恒星在“燃烧”，但它们就像是散落在无边旷野里的无数个孤独的篝火堆。它们只能照亮和温暖自己身边极小的一块地方，对于整个旷野的温度，根本就起不到作用。

既然恒星指望不上，那么决定宇宙平均温度的到底是什么呢？答案隐藏在宇宙最深邃的过去里。它是一种无处不在、却又极其微弱的辐射，科学家们称之为“宇宙微波背景辐射”。

来自创世之初的余辉

根据目前主流的“大爆炸宇宙论”，我们的宇宙诞生于大约138亿年前一个无限致密、无限炽热的奇点。

在宇宙诞生之初，整个宇宙就像一锅滚烫的“粒子粥”，物质和光混杂在一起，光子被粒子们不停地碰撞、吸收、再发射，根本无法自由传播。那时的宇宙，虽然炽热无比，却是一片不透明的“迷雾”。

大约在“大爆炸”后的38万年，宇宙的温度降低到了一个临界点（大约是3000摄氏度），在这个温度下，质子和电子终于可以稳定地结合成中性的氢原子。这个过程，就像是沸腾的水蒸气凝结成水滴，宇宙这锅“粒子粥”的“雾气”突然散去了。

就在那个时候，之前被困在“粒子粥”里的光子获得了自由，于是它们像潮水一样，向四面八方奔涌而去。

这批被释放出来的光子，就被称为宇宙中“最古老的光”，由于光速是有限的，因此它们至今仍然在宇宙中传播，不过因为宇宙的膨胀，在经过大约138亿年后，现在的它们已经变成了微波。

这就是宇宙微波背景辐射的由来，它们不是来自某颗特定的恒星或某个特定的星系，而是来自宇宙诞生之初的那场“大爆炸”留下的余辉。

正如前言所言，恒星对宇宙平均温度的“贡献”微乎其微，至于其他能够辐射热量的天体，那就更不用提了，而这也就意味着，决定宇宙平均温度的其实就是“宇宙微波背景辐射”。

重要的是，这种辐射是各向同性的，它们均匀地充斥着宇宙的每一个角落，平均每立方米的空间里，就有大约4.11亿个这样的微波光子在穿梭，也就是说，宇宙空间中任意位置接收到的这种辐射强度几乎都是一样的。

所以宇宙空间中任意位置的物质都能够通过这种方式获得热量，而在没有其他热源的情况下，当物质达到热平衡时，其温度就是“微波背景辐射”的等效温度，根据科学家的测算，该温度约为 2.73 K，也就是大约 -270.42 ℃，而这个温度，就被认为是宇宙平均温度。

结语：

综上所述，宇宙之所以会如此寒冷，根本原因就是：宇宙空间实在是太空旷了。