仅凭灼热的夏日阳光，您可能会认为太空是一个温室。但尽管有数万亿颗恒星倾泻而出巨大的能量，我们的宇宙却出奇地寒冷。
要理解原因，我们首先需要理解温度，因为它真正的性质在您烫伤手或潜入冰湖时并不明显。科学家们谈论热和冷时，指的是一个系统的平均动能（无论是雪球还是整个星系），它基于其粒子的运动：它们抖动得越多，就越热。
但在远离恒星、行星和其他凝聚物体的地方，宇宙的空旷区域中粒子的浓度急剧下降——温度计也是如此。
科罗拉多州立大学天文学教授 Emily Hardegree-Ullman 说：“太空大部分是寒冷的，因为那里根本没有什么可以拥有动能。”
由于粒子之间相距甚远，因此在近乎真空的太空中，少数粒子无法通过传导和对流传递太多热量，而是依赖效率较低的辐射方式。
太空中的温度
显然，并非所有地方都寒冷。地球的大气层维持着温和、维持生命的宜居气候；我们太阳系中的其他行星会经历极端温度波动（例如，水星白天可达 800 华氏度，晚上则降至零下 280 度）；我们的太阳日冕高达 200 万度，而在室女座黑洞周围的螺旋等离子体盘——类星体 3C273——估计可达令人难以置信的 18 万亿度。
尽管如此，这些“空间加热器”（此处双关，意指发热体）数量稀少，而且相距遥远，远远不如，嗯，一片虚无。宇宙大部分区域仅充满宇宙微波背景辐射，这是一种稀疏但普遍存在的辐射，自大爆炸以来一直在冷却。
为了形象地说明这一点，Hardegree-Ullman 喜欢将可观测宇宙想象成一个巨大的气泡，其内表面就像一颗围绕着我们的微弱恒星。
她说：“来自那个表面的光在我们传播了数十亿年的时间内被拉伸了，所以当它到达地球时，它看起来就像来自一颗只有 3 开尔文的恒星表面。”
为什么太空如此寒冷？
换句话说，当我们把整个宇宙视为一个巨大的系统时，平均动能就相当于令人不寒而栗的零下 454 华氏度。随着时间的推移，它只会变得越来越冷，甚至现在，某些区域的温度还在进一步下降。记录保持者是回力棒星云，它在 1995 年被科学家测量时，温度仅比绝对零度高 1 开尔文——接近零下 460 华氏度。
事实上，比 0 开尔文略高的温度似乎是温度的理论极限。
Hardegree-Ullman 解释说：“为了让一个系统达到绝对零度，它的所有粒子都必须停止运动。”
然而，我们知道这是不可能的，因为正如量子力学告诉我们的那样，我们永远无法精确地确定粒子的位置和速度。
具有讽刺意味的是（考虑到它普遍舒适的条件），我们自己的地球实际上是迄今为止记录到的最低温度的来源。科学家们通常能比在太空中发现的任何东西更接近绝对零度。迄今为止最好的成果是在 2021 年，当时一个德国研究小组报告说，他们已将铷原子冷却到令人惊讶的 0 开尔文以上 38 万亿分之一度。
尽管如此，仿佛是为了向地外寒冷致敬，他们通过从塔上坠落系统来模拟微重力，从而挤出更多的能量。在寒冷方面，我们无法找到比太空更好的老师了。
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文章来源
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NASA。水星事实
《天体物理学杂志快报》。类星体 3c273 的射电天文观测：对亮度温度极限的挑战
NASA。回力棒星云
美国天文学会。回力棒星云：宇宙中最冷区域？
《物理评论快报》。集体模式增强物质波光学
