答案是:也许。
PBS(Public Broadcasting Service,美国的“公共广播电视台”)有个科普节目叫 Nova , 上面登过一篇关于“最热温度”的文章,题目叫Abosulte Hot。作者采访了一些物理学家和天文学/宇宙学家,然后给出了五个答案。也许应该说四个答案,因为最后一个是“谁知道呢?“(原文是Who The Heck Knows?)。有兴趣的吧友可以去看看,链接在这里:
http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/absolute-hot.html。
相对论虽然给出了速度上限,但是没有说物质有能量上限。从这个角度来说,温度没有理论上的上限。
但是前述Nova文章给出四个答案也有他的道理。我觉得其中比较容易理解的一个答案是普朗克温度,大概相当于10的32次方开尔文,也就是一亿亿亿亿度。作为对比,我们现在能观测到的宇宙中最高的温度是伽玛射线爆(比如超新星爆发)和类星体,它们的温度只有普朗克温度的一百亿亿分之一。
为什么普朗克温度可能是温度上限呢?因为物质达到普朗克温度后,微观粒子所携带的动能和它们的质量能开始相当甚至远远超过,原本极其微弱的引力效应不再能忽略(事实上远在普朗克温度之前我们就达到了产生希格斯粒子的温度,从而恢复希格斯场导致的对称破缺,这时微观粒子不再有质量而将以光速运动)。这时粒子的能量跟它的波长挂钩,能量越大波长越短,达到普朗克温度时波长会接近普朗克长度,这时将产生普朗克质量的黑洞。假设霍金辐射的理论在这个量级仍然正确的话,普朗克质量的黑洞已经是温度最高的黑洞。注入更多能量只会被黑洞吸收从而降低黑洞温度(吸收能量导致黑洞质量增加,而黑洞的热力学温度跟质量成反比)。
所以普朗克温度就是温度上限了?问题是在这个能量级别上引力效应跟量子效应都不能忽视,也就是说我们需要一种量子引力理论来真正严格地描述此时的物理学。可是我们都知道稍微成熟点的量子引力理论都还不存在,所以在普朗克温度时究竟会发生什么,who the heck knows?