溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。

我們聽說過宇宙中有絕對零度，也就是任何物質中分子和原子停止熱運動的那個點，但我們從來沒有聽說過絕對高溫，那麼自然界中是否存在最高溫度，或者是否高溫本身就沒有上限？今天我們就談論下這個問題。

我們先從初中知識說起，然後從這裡開始升溫。

假如將食用色素滴入不同溫度的水中，會看到什麼？水的溫度越高，食用色素在水中擴散的速度就越快。

為什麼會這樣呢？因為水的溫度決定了水分子的運動速度。也就是說較熱的水裡的單個水分子會以更快的速度運動，這就造成了食用色素顆粒在較熱的水裡比在較冷的水裡移動得更快。

如果我們想要完全停止一個物體中分子/原子的運動，讓一切完全靜止下來，甚至克服量子物理學不確定性的本質，那就需要我們把一個物體的溫度降到絕對零度，這個溫度就是熱力學上可能達到的最低溫度。

但是換個方向呢？如果我們給一個粒子系統（一杯密封的水）不斷的加熱，粒子隨機運動的速度肯定會越來越快。但是，你有沒有想過這個溫度有沒有極限呢？如果不停的給一個系統加熱會不會發生某種災難，阻止我們超過某個極限溫度？

持續給水加熱

在數千開爾文的溫度下（太陽變面溫度5500K），熱量會開始破壞分子間的化學鍵，如果繼續提高溫度，能量就會開始剝離原子中的電子。於是我們就會得到一個離子化的等離子體，它完全由電子和原子核構成，根本沒有中性原子。

這時單個粒子（電子和正離子）依然會在高溫下劇烈的運動，遵守與往常一樣的物理定律，並不會發生什麼特殊的事情。我們繼續給系統加熱，看看接下來會發生什麼。

隨著溫度的升高，能量和物質就開始互相的轉化，曾經我們認為的“粒子”也開始分解：

在溫度大約8×10^9開爾文（80億K）時，開始自發地從粒子相互碰撞的原始能量中產生物質和反物質對（電子和正電子）。

在溫度大約2×10^10開爾文（200億K）時，原子核被高能光子撞擊後，會炸成單個的質子和中子。

在溫度大約2×10^12開爾文（2萬億K）時，質子和中子不再存在，取而代之的是組成它們的基本粒子（夸克和膠子）開始四處碰撞，平時我們說夸克禁閉，這只是低能量下，在高能量下夸克不再受束縛。

在溫度大約2×10^15開爾文（2千萬億K）時，開始大量產生目前所有已知的粒子和反粒子

不過，這仍然不是溫度上限。但就在這個2×10^15開爾文（2千萬億K）的臨界值附近，就會發生有趣的事情。這個溫度下正是產生希格斯玻色子所需要的能量，因此在這個溫度下希格斯場會停止與其他粒子耦合。

換句話說，一旦我們把系統加熱到高於這個能量閾值，就會發現所有的粒子現在都變成了無質量粒子，並且以光速四處飛行。這些物質、反物質和輻射的混合物，現在都會表現得像輻射一樣，無論它是物質、反物質還是非物質。

如果我們繼續把系統加熱到越來越高的溫度，這些粒子的移動速度雖然不會高於光速，但它們仍會繼續攜帶越來越多的能量，就像無線電波、微波、可見光和x射線它們都是光的不同形式，以光速運行，但能量不同，

這時系統中可能會產生一些未知的新粒子，或者新的自然法則。那麼我們是否可以一直給系統加熱，直到到達無限的溫度。

然而，這是不可能的，原因有三。

在整個可觀測的宇宙中，能量是有限的。

以我們的可觀測宇宙中所有的物質、反物質、輻射、中微子、暗物質，甚至是空間本身固有的能量為例，大約有10^80個普通物質粒子，大約有10^89箇中微子和反中微子，還有稍多一點的光子，加上暗物質和暗能量的所有能量，它們都分佈在一個半徑為460億光年的宇宙中。

但是即使我們把所有的物質都轉化成純能量（通過E = mc^2），即使我們用所有的能量來加熱系統，沒有絲毫一點損耗，這個能量也是有限的，而這個能量大約對應於10^103開爾文的溫度，所以宇宙中有一個能量上限。但是在系統到達這個溫度點之前，會發生其他的災害性事情來阻止我們如此瘋狂的舉動。

如果我們把大量的能量聚集在有限的空間裡，就會創造出一個黑洞！

我們通常認為黑洞是巨大、緻密的天體，能夠吞噬附近的星際物質、恆星、行星！

但是如果我們給單個量子粒子提供足夠的能量，即使這個粒子只是一個以光速運動的無質量粒子，它也會在微小的尺度上變成黑洞！這個能量大約為10^19 GeV，通過E = mc^2，算出來約為22微克。在這個能量下粒子會自發地產生黑洞，並立即衰變為能量更低的熱輻射狀態。因此，宇宙中的溫度上限似乎對應於大約10^32開爾文的溫度。

這個溫度比之前的極限要低很多，因為不僅宇宙能量是有限的，而且黑洞也是一個限制因素。但是還有一些其他的限制因素，如果我有能力把溫度升高到任意的範圍，就會發生更加可怕的事情。