自然界中温度的变化范围有多大

　　我们都生活在地球表面，地球上不同的地方、不同的时间里温度的差异和变化是很大的，炎热夏季的沙漠，温度可高达60℃以上，而在南极的内陆，人们已经测到－88。3℃的低温。对于人类来说，温度的差值不能说不大，但从物理学的观点看，地球表面气温的变化范围并不算大，充其量不会超过200℃。

　　月球表面的条件要恶劣得多，由于没有空气的调节，太阳照射处的温度很快升高，最高可达135℃，而背对太阳时，温度又很快下降，可降至－160℃。太阳系的其他行星同样不适宜人类的生存，内行星（金星和水星）离太阳太近，温度太高（飞船降落在金星表面，

　　测得最高温度超过440℃，而水星探测器已探测出水星面向太阳的一面温度也高达400℃以上）；那些离太阳遥远的外行星（木星、土星、天王星等），表面则过于寒冷，例如木星表面温度约是－140℃。只有火星与地球表面情况最为相似，但与地球相比条件还是恶劣得多，1976年在火星表面着陆的太空船上的气象站测出的着陆点的温度，昼夜变化范围为－85℃～30℃。火星表面没有水，大气中没有氧气，因此直到目前还没有在火星上发现生命的迹象。

　　再回过头来说说我们的地球。从地壳的恒温层往下，大约每100m温度升高3℃左右，穿透地壳就是炽热的岩浆（称为地慢），温度约在1100℃～1300℃。地球的中心部分称为地核，其温度为2000℃～5000℃。从地表往上10km～12km的对流层内，大约以65℃／km的速率降温。在对流层顶往上至50km左右称为平流层，温度随高度的上升而上升，再往上至80km左右是中间层，这里温度随高度的上升而下降。从80km到500km左右称为热层，这一层的温度很高，而且昼夜变化很大。再往上是电离层，电离层的顶部是大气层中温度最高的区域，可达2200℃左右。尽管分子的平均动能很大，但这里气体已经非常稀薄，在宇宙飞船经过时，完全不会对飞船产生伤害。再往上空气更为稀薄，温度又很快降低。大气层外就是真正的宇宙空间，那里的温度约为－270℃左右，或说大约为3K。

　恒星是发光的星体，它们的温度一般都很高。我们的太阳在恒星的大家族里，无论从哪个方面说（质量、体积，表面温度、发光强度等等），都只能算是中等偏下。太阳的表面温度约为6000K，至于其他恒星，表面温度达到几万开以至更高的，比比皆是。

　　使用人工方法在局部获得高温已不是难事。一般火焰的温度约为1000℃左右，白炽灯泡灯丝发光时的温度可以达到2000℃左右，使用氢氧吹管进行焊接时火焰的温度可达4000℃，原子弹爆炸时中心温度可超过几百万摄氏度，而氢弹爆炸时的温度则更高，能达到10^８K。这是目前为止用人工方法所能获得的最高温度。恒星内部发生的就是这类核聚变反应，恒星内部的温度比起人工获得的高温要高得多。

　　综上所述，宇宙中的温度范围大约在3K～10^８K。用人工的方法获取超低温的努力早已开始。利用气体液化后节流膨胀和绝热膨胀可以得到4。2K的低温，利用抽气加速液体的蒸发还可以获得更低的温度。如果用的液体是氦，则温度可达到10^－３K。利用顺磁质绝热退磁，可以使温度进一步降低到10^－５K。1979年赫尔辛基工业大学一个实验小组使用两级核绝热去磁法，得到了5*10^－８K的低温，而到1989年，芬兰学者哈科宁和来自我国四川大学的学者殷实又共同创造了2*10^－9的低温记录，距离绝对零度只差五亿分之一开了。技术不断进步，人类向绝对零度的逼近过程还会继续，但不可能真正达到0K的极限。

　那么，有没有负热力学温度呢？回答是肯定的，但是负的热力学温度并不是比0Ｋ更低的温度，而是比现有的高温度（+∞）更高的温度。用一条数轴来表示实数，向右为正、向左为负，向右无限延伸是+∞，向左无限延伸是-∞，而+∞和-∞是衔接的。+∞和-∞相衔接的问题在初中物理中至少遇到过两次。一次是讲磁场的磁感线时，所有的磁感线都是闭合的曲线，其中条形磁铁过中轴线的磁感线是一条直线，无限向左、向右延伸，这条磁感线就是在无穷远处连接在一起的；另一次是在讲凸透镜成像规律时，使一个物体沿主光轴从远处向凸透镜逐渐移近，物体成实像，像距逐渐变大，直至无穷远，当物体越过焦点处，实像即变为虚像，而且像距是从无穷远逐渐变近的，在物体经过透镜的焦点前后，物距的变化是连续的，像距的变化也应该是连续的，这就说明了像距的+∞和-∞是连接在一起的。如果用“物体的冷热程度”或“分子平均平动动能的标志”来理解温度，对负热力学温度是很难理解的，其实，温度还反映系统微观无序度随系统能量变化的情况，在后面我们讲到“熵”的概念时再进一步谈这个问题。