【專欄】宇宙系列三：宇宙中的最低與最高溫

文/王至劭（台聯政策顧問、台灣教授協會會員）

國中畢業之前，我經常聽到南極北極什麼地方零下七十、八十度，那時候常想，或許可以製造出零下五千度、一萬度的低溫，讀了高中我才理解到溫度最低只能到達-273.15攝氏度(0K，零K，零克爾文)，這時候一切都停了，能量爲零。

人類對宇宙的了解還相當粗淺，溫度方面，目前科學家在宇宙中發現的最低溫度，來自於距離地球五千光年遠的半人馬座方向的回飛棒星雲（Boomerang Nebula）。回飛棒星雲的溫度僅有-272攝氏度，比絕對零度只高出了1.15攝氏度，這比宇宙背景輻射溫度（可以理解為宇宙真空的溫度，-270.42攝氏度）還低。

而目前人類在實驗室中製造出的最低溫度記錄約為 38皮可–克耳文（38 pK，即 3.8 × 10⁻¹¹ K），極度接近理論上的極限–絕對零度（-273.15°C），寫成小數點就是0.000000000038K，和0K(零K)非常接近，其方法就是用結合雷射冷卻與蒸發冷卻技術把熱量一次又一次抽出，抽了非常多次，幾乎沒熱量了，就會出現接近絕對零度，這還是金氏世界紀錄呢。

至於最高溫，這不好解釋、也不好界定，只能說「最高溫幾乎沒上限」，但事實上，還是有極限，因為實在到不了那麼高、我們所知宇宙能量也不是無限的。我們必須探索科學界對於最高溫度的理論極限，目前，科學家普遍認為普朗克溫度（Planck Temperature）是理論上的最高溫度，其數值約為 1.416 × 10³² K，當物質達到這一溫度時，量子效應與重力相互作用將變得極為顯著，科學家推測這可能導致時空結構發生量子重力效應的變化。

理論談完了，接著我們來談談實際，據美國趣味科學網站報導，儘管太陽是我們太陽系中最炙熱的天體，但與其他幾種天體相比，它的溫度卻相形見絀。那麼，宇宙中最熱的地方是哪裡呢？哈佛大學黑洞計畫研究中心的博士後研究員丹尼爾‧帕倫博告訴趣味科學網站：「我認為，超大質量黑洞非常接近一個很好的答案，尤其是正在吸積（吞噬氣體）的超大質量黑洞。」他補充說，「攝食黑洞」裡的相對論性噴流–也就是被推進到「非常接近光速」的巨大物質噴流特別炙熱。帕倫博說，到目前為止，有記錄的宇宙中最熱的地方是類星體3C273，這是一個明亮的區域，圍繞著一個距離地球約24億光年的超大質量黑洞。根據西維吉尼亞州格林班克天文台的數據，該區域的核心溫度約為10兆K(克爾文)，但帕倫博補充說，這一估計溫度仍存在不確定性。帕倫博說，確定宇宙中最熱的地方也很困難，因為“研究非常遙遠物體的溫度是件棘手事，你不能僅用溫度計來測量”，而且有關黑洞的準確溫度還有很多不確定性。

至於人造溫度，人類利用粒子加速器在瞬間製造出的最高溫度約為 5.5兆(萬億)至10兆K，類似自然界高溫。若指維持一段時間的可控高溫，記錄則約為 1億至20億攝氏度(攝氏度和K是等間格，只是起點略有不同。)這些極端高溫透過先進實驗設備達成，遠超過太陽核心溫度。

有趣吧！最高溫與最低溫，仍待年輕科學家繼續去突破。就像奧林匹克運動會許多紀錄，可以再突破。