最高温度は何度？

質問

最低温度は絶対零度の-273.15℃ですが、最高温度とは何℃でしょうか？
　絶対零度は物質が動かない状態（原子がとまっている状態）ですが、最高温度は原子が光速で動いている状態なのでしょうか？

回答No.1

TCM · ベストアンサー

なるほど、そう言われてみるとよくわかりませんね。ちょっと考えてみましょう。
　まず、Boyle-Charlesの法則と気体分子運動論から、絶対温度Tは、
　　T＝(1/3)mv^2/k　　　　　　　　　　　　　　(1)
と表されるのはご存知ですね。ここで、m、vおよびkはそれぞれ分子の質量、分子の平均自由速度およびBoltzman定数です。また、ここでは話を簡単にするために気体は理想気体であるものとします。
　式(1)によると確かに速度vに光速の上限がありますから、絶対温度Tにも上限がありそうですね。でも、光速に近づくと分子の質量に相対論的効果、
　　m=m0/√(1-v^2/c^2)　　　　　　　　　　　　　(2)
を考慮する必要がありますね。ここでm0およびcは静止質量および光速です。つまり、光速に近づくと質量が無限大に近づくため、絶対温度も無限大へと近づきそうですね。
　ということで「温度に上限はない」というのが私の回答です。しかし、相対論の要請から決してこの無限大の温度に到達することはできませんし、量子力学の要請から絶対零度にも到達することはできません。いかがでしょうか？

お礼

回答ありがとうございます。
そう言われれば、式（１）、（２）で質量が無限大に近づけば温度も無限大に近づきますね。
いや～、もしかして温度の上限ってあるのかも？とひそかに期待していたんですけど。
どなたかが
「実は理論的に上限温度は10兆27.5℃で限界なのだ～！（どこからそんな数字が）」
と言われれば、う～ん・・・そ～か熱そうやなぁ～、だけどそれが上限か！と思えるのですが、無限とは・・・。

回答No.2

kawakawa

理論的には最高温度は無制限とされています。
数式としてはＴＣＭさんがお答えなので、現象面についての補足を述べてみましょう。
絶対零度（－２７３．１５℃；０ｋ）では原子の一は自由に移動できなくなりますが、不確定性原理によって一定の一での振動運動だけは残っています。
加熱を続け、７０００度を超えると、すべての原子の原子間化学結合が切れてしまい、原子状の気体となります。
１０万度を超えると、熱エネルギーは電子と原子核との間に働く引力よりも大きくなり、プラズマ状態となります。
１億度を超えると核融合が始まります。太陽や水爆のエネルギーは、この核融合ですネ。恒星の輝きの温度ですネ。
１０兆度を超えると核分裂が始まります。宇宙での超新星の誕生（赤色巨星の爆発）はこの温度ですネ。
現在のところ、いわゆるビッグバンの時の温度は10の20乗度付近であったと言われています。つまり、この宇宙での最高温度は１０の２０乗度付近が現実的な壁といえるかも知れません。
チョット想像がつかない単位ですネ。
kawakawaでした。

お礼

回答ありがとうございます。
人類が到達しうる最低温度の方はレーザ冷却で1mK～10nK位だったと思います。（もっと低い温度にすることはできるのでしょうか？）
最高温度の方は磁場閉じ込め核融合や慣性（レーザ）核融合とかでしょうね。
kawakawaさんが答えてくれたように、ビッグバンの10の20乗度はものすごい温度ですね！
これくらいの温度になったら、もはや温度という概念がなくなるような感じがしますね。