在物理學(xué)研究之中，其他各個(gè)領(lǐng)域的不同變量，幾乎都可以通過七大物理量利用數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)得出，其重要性不言而喻。

1960年10月，國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過對(duì)物理學(xué)的研究分析，最終確定了七大物理量及其相關(guān)基本單位。這七大物理量分別為：時(shí)間，長(zhǎng)度，質(zhì)量，電流，物質(zhì)的量，光強(qiáng)度以及熱力學(xué)溫度。

可即便科學(xué)家們已經(jīng)做出了判斷，許多人仍然對(duì)熱力學(xué)溫度表示一定的懷疑。在他們看來，這種物理量更應(yīng)該作為輔助量存在，不應(yīng)該是基本量。事實(shí)上，之所以會(huì)有這樣的質(zhì)疑，完全是因?yàn)閷?duì)溫度的具體含義并不理解。在物理學(xué)之中，溫度的微觀表現(xiàn)為：粒子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。而我們之所以能夠感受到溫度的變化，也主要是因?yàn)榱Ｗ訜徇\(yùn)動(dòng)的劇烈程度不同。

在普通人的固有觀念之中，人類已知的最大溫度應(yīng)該就是太陽內(nèi)部核心的溫度?？蛇@個(gè)溫度就是宇宙中的最大溫度了嗎？答案顯然是否定的。不僅如此，我們目前已知的最低溫度被稱之為絕對(duì)零度，即-273.15℃，那么最高溫度又會(huì)是多少呢？

溫度上限的由來

通過對(duì)溫度基本概念的分析我們知道，粒子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度越強(qiáng)，所表現(xiàn)出來的溫度就會(huì)越高。從這個(gè)角度出發(fā)，我們只要找到在最短時(shí)間內(nèi)熱運(yùn)動(dòng)最劇烈的粒子，那自然就能夠找到最高的溫度。當(dāng)然，在這個(gè)探究過程中的兩個(gè)前提都必須要絕對(duì)滿足，即最短時(shí)間以及最劇烈的熱運(yùn)動(dòng)變化。

首先是最短時(shí)間，以我們?nèi)粘Ｉ钪械淖疃虝r(shí)間間隔為例，我們常常以每“秒“運(yùn)動(dòng)距離來形容速度的快慢。可放在物理學(xué)中，用“秒”來觀察粒子運(yùn)動(dòng)變化，顯然是錯(cuò)誤的。目前人類已知的最短時(shí)間被稱之為普朗克時(shí)間，指的是時(shí)間量子中的最小間隔，其數(shù)值為10的負(fù)43次方秒，再?zèng)]有比這更小的時(shí)間間隔。

其次則是最劇烈的熱運(yùn)動(dòng)變化，在一般物理實(shí)驗(yàn)中，粒子熱運(yùn)動(dòng)變化的快慢取決于外力作用的大小。可如果是自身膨脹引起的變化，其速度就遠(yuǎn)比人類目前能夠提供的力所造成的變化要快得多。

按照當(dāng)前天文學(xué)的主流說法來看，我們?nèi)祟愃幍挠钪媸怯?37億年前一個(gè)無比熾熱密集的奇點(diǎn)發(fā)生大爆炸所產(chǎn)生的，那么這個(gè)爆炸過程就完全可以看作整個(gè)宇宙歷史進(jìn)程之中，粒子熱運(yùn)動(dòng)最劇烈的過程。由此，科學(xué)家們經(jīng)過一次又一次的推算以后，最終確定宇宙中曾經(jīng)出現(xiàn)過的最高溫度為1.4億億億億℃，也被稱之普朗克溫度。

不過理論上來說，由于粒子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度本身沒有上限，所以溫度也沒有上限。至于溫度究竟能夠到達(dá)什么樣的高度，誰也沒有辦法預(yù)測(cè)。可就目前已知的數(shù)值來看，宇宙中出現(xiàn)過的最高溫度為1.4億億億億度，最低溫度卻僅僅只是-273.15℃，這究竟是為什么呢？?jī)烧咧g的差距未免也太大了。

絕對(duì)零度的猜想

要想弄清楚這個(gè)問題，我們就必須要了解什么是絕對(duì)零度。

在物理學(xué)中，絕對(duì)零度指的是粒子動(dòng)能達(dá)到量子力學(xué)運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)對(duì)外表現(xiàn)出的溫度。和溫度上限一樣，這個(gè)數(shù)值也屬于理論中的數(shù)據(jù)，即-273.15℃。

很多人不明白，絕對(duì)零度既然是一個(gè)理論數(shù)值，它的大小又是怎么測(cè)出來的呢？這主要和查理定律有一定的關(guān)系。查理定律表示，任意一種理想氣體，只要體積恒定不變，其壓強(qiáng)和溫度之比就會(huì)是一個(gè)常數(shù)。因此，科學(xué)家們只需要在正常情況下測(cè)量出多組壓強(qiáng)和溫度的參數(shù)，自然就能夠得到一個(gè)相關(guān)的直線方程。將這個(gè)方程不斷的延伸推導(dǎo)，絕對(duì)零度的大小自然就能計(jì)算出來了。

除此以外，根據(jù)熱力學(xué)第三定律顯示，絕對(duì)零度絕對(duì)不可能出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)之中，只有可能無限的逼近。因?yàn)樵谟钪娴娜魏慰臻g中，都必定會(huì)有能量和熱量的存在，不斷的進(jìn)行著轉(zhuǎn)化。以智利天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的宇宙最冷之地“回力棒星云”為例，這里的溫度為-272℃，同樣沒有達(dá)到絕對(duì)零度。

科學(xué)家們推測(cè)，“回力棒星云“之所以和絕對(duì)零度還有一定的溫度差，主要是由于宇宙大爆炸殘留至今的熱度。至于未來溫度是否會(huì)進(jìn)一步降低，科學(xué)家們則認(rèn)為不太現(xiàn)實(shí)。一方面是在這個(gè)溫度下，原子運(yùn)動(dòng)已經(jīng)幾乎停止，對(duì)外作用的影響力也完全可以忽略不見。另外一方面則是因?yàn)樵绞墙咏^對(duì)零度，降溫的難度就越高，任何外力的干涉都可能讓溫度不降反升。

那么人類真的沒有任何方式改變這種現(xiàn)有規(guī)則了嗎？答案同樣是否定的。來自慕尼黑大學(xué)的物理學(xué)家烏爾里奇·施耐德就曾提出過一種設(shè)想：我們?nèi)祟愃惺艿降臏囟仁橇Ｗ犹幱谀硞€(gè)能量狀態(tài)下的具體表現(xiàn)，其中大部分粒子能態(tài)平均，少數(shù)粒子則聚集在更高能態(tài)上。理論上，如果將這兩種粒子位置顛倒，溫度自然就會(huì)發(fā)生變化。

這種將粒子具象化的想法其實(shí)很容易理解，以我們地球?yàn)槔?。假設(shè)將地球的兩極調(diào)整到如今赤道所在的地球軌道上，那么地球的表面溫度自然也會(huì)發(fā)生極大的變化。只不過在施耐德教授的設(shè)想之中，溫度變化主要來自內(nèi)部的粒子變化，而地球表面溫度的調(diào)整，則主要是因?yàn)樘柟庹盏挠绊憽?/p>

量子力學(xué)研究

對(duì)于這種猜想，2001年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者沃爾夫?qū)た颂乩丈畋碣澩Ｔ谒磥?，現(xiàn)實(shí)生活中雖然不可能出現(xiàn)絕對(duì)零度，但磁場(chǎng)系統(tǒng)中或許就存在負(fù)絕對(duì)零度。為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，科學(xué)家們利用超冷量子氣體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

借助激光以及磁場(chǎng)的幫助，科學(xué)家們讓單個(gè)原子保持晶格排列。正常溫度下，原子之間的排斥力表現(xiàn)得十分穩(wěn)定，晶格排列結(jié)構(gòu)也沒有受到任何影響。可在實(shí)驗(yàn)過程中，科學(xué)家們迅速改變磁場(chǎng)方向，讓原本的排斥力變成了吸引力，導(dǎo)致不同能態(tài)的粒子位置發(fā)生變化。最終，原子表現(xiàn)出的溫度和之前溫度剛好成絕對(duì)值，這也證明了烏爾里奇·施耐德的猜想是正確的。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程看起來似乎十分簡(jiǎn)單，可實(shí)際難度絕對(duì)超過了人們的想象。首先是粒子的逆轉(zhuǎn)狀態(tài)本身就是不穩(wěn)定的，我們很難做到讓左右粒子都在磁場(chǎng)的影響下前往和之前相對(duì)的位置；其次是在轉(zhuǎn)變過程中，原子會(huì)逐漸向內(nèi)塌縮，如果沒有及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整激光位置，那么實(shí)驗(yàn)最終也同樣會(huì)走向失敗。

在一個(gè)原子之中，實(shí)驗(yàn)尚且還有如此多的不確定因素。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放大到整個(gè)宇宙空間以后，這種不確定因素顯然會(huì)更多更復(fù)雜。可與此同時(shí)，很多人也會(huì)想象，根據(jù)上個(gè)世紀(jì)五十年代物理學(xué)家們提出的平行宇宙的觀念來看，是否會(huì)有量子存在狀態(tài)完全和我們當(dāng)前宇宙相反的宇宙。在這個(gè)宇宙中，溫度的表現(xiàn)就和我們完全不同。其溫度最高為273.15℃，而絕對(duì)零度則是-1.4億億億億℃。

事實(shí)上，溫度的對(duì)立可能存在，基于這種溫度環(huán)境的宇宙自然也可能存在。只不過具體表現(xiàn)究竟會(huì)是什么樣的，我們誰也無法想象?？茖W(xué)家們推測(cè)，這種位置完全顛倒，呈對(duì)立狀的粒子分布，很有可能和我時(shí)常聽到的暗物質(zhì)有一定的聯(lián)系。如果人類能夠徹底搞清楚兩者之間的關(guān)系，對(duì)未來研究暗物質(zhì)就必然會(huì)有很大的幫助。

相對(duì)論的推論

事實(shí)上，有關(guān)為什么宇宙溫度上限和絕對(duì)零度有如此巨大的差異，愛因斯坦在狹義相對(duì)論中也提出過猜想。狹義相對(duì)論提到：有質(zhì)量的粒子運(yùn)動(dòng)速度不可能達(dá)到光速，只可能無限的趨近于光速，可這并不意味著這些粒子本身的動(dòng)能不會(huì)無限增加。

這句話的意思是說，隨著粒子速度的不斷增加，粒子動(dòng)能也會(huì)不斷增加，所以物體溫度也會(huì)無限升高?，F(xiàn)如今宇宙溫度雖然沒有達(dá)到無限高，但宇宙模型中所記錄的1.4億億億億℃的溫度絕對(duì)是真實(shí)存在的。

只可惜在那個(gè)條件下，宇宙已知的一切物質(zhì)都因高溫而湮滅，所有的物理力學(xué)也完全統(tǒng)一成了另外一種表象。對(duì)于這種形態(tài)的具體表現(xiàn)，愛因斯坦也未能做出解釋。而當(dāng)前物理學(xué)界普遍認(rèn)為，想要弄清楚這個(gè)條件下的宇宙狀態(tài)，或者說想要尋找到比1.4億億億億℃還要高的溫度存在，就不得不將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論種的時(shí)空概念結(jié)合在一起。

以力學(xué)研究為例，我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫搅W(xué)規(guī)則是萬有引力。而太空之中，相對(duì)論的闡述要更加符合客觀現(xiàn)實(shí)規(guī)律。只不過在解釋黑洞以及宇宙奇點(diǎn)的時(shí)候，無論是相對(duì)論還是萬有引力，都已經(jīng)和現(xiàn)實(shí)完全不符了，只有量子力學(xué)能夠做出一定程度的解釋。

只要將廣義相對(duì)論完成量子化，找到兩種理論相互聯(lián)系的方程式，那么物理學(xué)的研究必將會(huì)進(jìn)入新的篇章。只不過到了那個(gè)時(shí)候，人類是否能夠通過這種理論去找到更高的溫度上限，又是否會(huì)遇到新的難題，任何人都無法預(yù)測(cè)。

——來源：盒子里的密探