温度有没有最高值？

8月3日的太阳。SDO / NASA

在大自然的熔炉里，温度体现的是粒子的运动速度。粒子运动得越快，温度就越高。所有粒子完全停止运动时的温度是0K（开尔文），大约相当于-273.15°C。这是理论上温度的最低值。那么温度有没有最高值呢？

当温度上升到数千K时，分子会解体；而随着温度继续升高，原子周围的电子将被剥离，物质会变成等离子体。当温度上升到大约8×10⁹K时，会产生物质和反物质对，比如电子和正电子；当温度上升到大约2×10¹⁰K时，原子核开始瓦解，成为单个的质子和中子；当温度上升到大约2×10¹²K时，质子和中子将不复存在，取而代之的是构成它们的基本粒子——夸克和胶子，它们会在高能状态下不受束缚地运动；而当温度上升到大约2×10¹⁵K时，将出现所有已知的粒子和反粒子。

事实上，在这个时候，可能还会发生另外一件有趣的事：因为这大约是希格斯玻色子产生时的能量级‬，粒子的静态质量是在此时产生的；因此一旦超过这个能量阈值，所有的粒子可能都会失去质量，并以光速运动。无论是物质还是反物质，还是其他什么东西，一切都会化身为辐射。

温度还可以更高。此时更高的温度并不意味着辐射的运动速度会变得更快，但是它们携带的能量会变多。这就像射电波、微波、可见光和X射线都是电磁辐射，但它们携带的能量有多少。此时可能会有人类未知的粒子出现，或有人类未知的物理学定律（对称性）发挥作用。

但是即使如此，在现实的宇宙中，温度也不可能无限上升。这是因为宇宙中的能量其实是有限的。如果把整个可观测宇宙中的所有物质、反物质、辐射、中微子、暗物质，甚至空间本身的能量集中起来，我们会得到一个巨大的数值。可观测宇宙中包含大约10⁸⁰个物质粒子，10⁸⁹个中微子和反中微子，更多的光子，以及暗物质和暗能量的能量。这些能量分布在以我们为中心460亿光年为半径的可观测宇宙中。与这些能量相对应的温度大约相当于10¹⁰³K，不能更多了。

不过我们可能永远也无法达到这一上限，因为在此之前，我们可能会变成黑洞。任何一个单一量子如果拥有了足够多的能量——即使它只是一个以光速运动的无质量粒子——它也有可能变成一个黑洞。粒子如果达到一定的能量级别后，就不会再升温，而是坍缩成为一个微型黑洞，并且立即衰变为低能量的热辐射。所以普朗克尺度可能是宇宙温度的上限，而与这一上限相对应的温度，大约是10³²K。

此外还有一种可能。在宇宙诞生之初，时空曾以指数级膨胀，所有的粒子、反粒子和辐射都在那时迅速分离。如果我们能够以某种方法达到足够高的温度，那么宇宙大爆炸‬就有可能重新开始‬，继续‬急速‬膨胀下去‬。而达到这一结果所需的温度可能在10²⁸-10²⁹K之间。

所以温度有一个理论上限，大约是10¹⁰³K。但由于能量的有限性、黑洞的形成以及宇宙膨胀恢复的可能性，温度还有一个实际的上限——10³²K或10²⁸-10²⁹K。不过对于人类来说，这些限制都没有现实意义。全球变暖带来的气候极端化正在愈演愈烈，夏天一年比一年热已成现实。

参考Is there a limit to temperature?https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-92-is-there-a-limit-to-temperature-18c39d0e337c