溫度是什么概念？在日常生活中它就是一個冷熱的概念，在熱力學中它表示物質的微觀粒子運動劇烈程度，從量子場論的角度來理解，溫度和真空漲落有關，決定了虛粒子對產生的幾率......扯的太遠了，我們還是來討論熱力學中的概念吧，要不然今天扯不完！
溫度是系統(tǒng)平均動能的體現(xiàn)，我們以此為基礎，可以將話題展開討論了！
分子的熱運動
一、溫度為什么會有一個上限？普朗克溫度是怎么來的？
宏觀溫度的表現(xiàn)就微觀粒子運動的劇烈程度，本質上反映的是物質微觀粒子的平均動能，根據(jù)物質粒子的熱運動以及熱力學定律的總動能之間的等價關系，N個微觀粒子的總動能如下：
1/2Nmv^2 = 1/2NkT
將其轉換為開氏溫標
T=mv^2/k
其中m為質量，v為運動速度，k為玻爾茲曼常數(shù)
物體宏觀溫度等于微觀粒子質量與運動速度的平方再除以玻爾茲曼常數(shù)。我們知道了微觀粒子運動與宏觀溫度之間的關系之后，就可以計算物質的極限溫度了！但首先我們要確定這個公式中的幾個關鍵參數(shù)：
1、微觀粒子的質量上限是多少？
這里我們必須引入一個普朗克質量的概念，這個意思是當粒子的康普頓波長等于其史瓦希半徑時的粒子質量，也就是一個微觀粒子在坍縮為黑洞前的半徑上限，簡單的理解就是理論上會坍縮為黑洞的最小質量！
當然目前發(fā)現(xiàn)的基本粒子質量都遠小于普朗克質量，所以各位不必擔心某個基本粒子突然坍縮為黑洞繼而影響整個世界。
2、微觀粒子運動速度上限是多少？
這還要問嗎？任何有靜止質量的物質都不可能達到光速，所以微觀粒子的運動速度上限就是光速。
這個理論溫度的上限就是當普朗克質量的基本粒子在以光速熱運動時，所表現(xiàn)出來的宏觀溫度，如上圖公式所示，將普朗克質量代入上述公式即可計算，各位有興趣的話不妨試試。
根據(jù)現(xiàn)代宇宙大爆炸理論，在宇宙誕生的第一個普朗克時間內（時間的最小單位，5× 10^-44秒），所達到的溫度，從暴漲開始后宇宙空間無限擴張，溫度會一直下降......
二、那么溫度為什么會有一個下限呢？下限溫度又是多少？
我們了解了溫度的由來是微觀粒子的運動所致，理論上來看它不運動不就是最低溫度了么？當然這樣理解無比正確，我們將T=mv^2/k中的速度v=0代入公式，您可以準確無誤的計算出T將等于0K，開氏溫標換算成攝氏溫標，這個0K為-273.15℃，我們稱它為絕對零度。
上圖是微觀粒子運動與溫度之間的關系曲線，當速度無限趨向于0，那么這個溫度將會無限趨向于-273.15℃，但很可惜這只是一個理論計算值，因為我們不可能達到這個溫度。
為什么我們無法到達絕對零度？
很簡單因為基本粒子的運動不會靜止，根據(jù)海森堡不確定性原理，基本粒子的動量和位置是不可能同時確定的，而且兩者之積必須大于等于普朗克常數(shù)的1/2，從這一點來看，基本粒子都會有一個最小的動量，所以要達到絕對零度是不可能的。
請樂樂老師原諒，用了您的素材
從上文來看，規(guī)定宇宙中最高和最低溫度的不是佛祖，也不是上帝，而是基本粒子的運動。
那么我們迄今為止能達到的極限最低溫度是多少呢？
2018年5月21日，NASA將搭載了冷原子云實驗（CAL）的天鵝座飛船送入了太空，準備國際空間站展開到2020年結束的冷原子云實驗，目標是制造有史以來最低的溫度，使用的原理就是使用激光多普勒制冷方式，使原子“停止運動”，當然原子不可能停止運動，但運動速度大幅減小，以達到變相冷凍原子的目的。
冷原子云實驗達到了宇宙中最低的溫度：-273.1499999999 ℃，但距離絕對零度仍然有一步之遙！
如此極低溫能干嘛？
物質第五態(tài)：玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)將在如此低溫下誕生，這是聚集在一起形態(tài)猶如一個“宏原子”奇特狀態(tài)，與費米子凝聚態(tài)剛好相反（費米子凝聚態(tài)也聚集在一起，但每一個占據(jù)的能態(tài)都不一樣）。因為玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)能實現(xiàn)在兩團冷原子云之間的糾纏，這可能是未來大規(guī)模量子計算機的基礎。
國際空間站的冷原子云實驗將延續(xù)到2020年，未來會有什么樣的科學發(fā)現(xiàn)，我們拭目以待。
