既然光速是物质运动的最快速度，那么分子运动速度应该不能超过光速，那为何温度没有上限？ 第1页

动能和速度的关系是
速度越接近光速c，动能越趋近于无穷大，作为平均分子动能的温度自然没有上限。

但是实际上，在宇宙学中我们会考虑一个温度上限，作为宇宙暴胀结束后暴胀子衰变形成一个相对论性粒子主导的热宇宙的初始温度（称为重加热温度）。在某些模型当中，重加热温度可以高达 ，比超新星爆发的温度高十几个数量级。

2021.10.20更新：

看到物理所的回答提到了光子的温度，认为光子温度没有上限。emmmmm怎么说呢，定义温度需要热平衡态，一个平均能量足够高的热平衡系统不可能只有光子，因为光子之间会通过散射生成大量其他粒子，比如正反费米子 W Z Higgs，最后使得整个系统成为包含所有种类粒子的“一锅热汤”。所以，实际上纯粹光子系统的温度不能是没有上限的。纯粹光子系统的温度上限大约是光子从γγ→e+e-这个反应中退耦的温度，可以估计温度上限大约是1个MeV数量级，约等于一百亿度。

温度和每个自由度上的平均能量有关。粒子的速度虽然有上限，但是能量没有上限。在粒子速度趋近于光速的时候，动能公式 应该被替换为 ，其中 是静质量，这个能量随着 趋于 没有上限，能量也就没有上限，温度也就没有上限。对于零质量，频率为 的光子，其能量为 ，因为频率无上限，所以对于零质量的粒子温度也没有上限。

2021.10.20更新：

感谢 @王清扬 对本答案的指正~

上面对光子系统的论述仅在无相互作用的光子系统中才成立。对于真实的光子系统，当体系温度极高时，如宇宙大爆炸早期，光子之间相互散射可以生成别的各种各样的粒子，从而形成一锅乱炖的热汤。

关于温度的上限到底是什么，大家可能会非常好奇，但不同的定义方式会有不同的答案，大家也可移步阅读 @赵泠 对负温度的介绍。

“温度没有上限”主要指普朗克温度不是温度的上限。可以说热力学温度的上限是负绝对零度。

幻想“分子热运动速度接近真空光速”时要考虑分子的相对论质量变化，“不能达到光速”并不阻止其能量进一步增大。何况分子在这种“加热”过程中早就电离了，原子核也会变为强子气，进而变为夸克胶子等离子体——没有什么分子了。

实验室里已经造出过夸克胶子等离子体。

温度不止有分子热运动速度那一种定义方法。统计热力学中，热力学温度的无穷大有意义且可超越。

对于具有有限量子态的体系，例如激光发生晶体，当持续提高体系的内能直到体系混乱度已经不随内能变化而变化时，在统计热力学上达到无穷大温度。

此时再进一步提高体系内能，将产生粒子布居反转，接下来体系的内能增加时混乱度反而减少，此时热力学温度为低于 0 开尔文的负值。

无法通过有限次步骤让这个状态下的体系达到 0 开尔文。

即：

在有限量子态体系中，正绝对零度<正温度<正无穷大温度=负无穷大温度<负温度<负绝对零度。

• 从两个方向上，绝对零度都不能达到。可以说这就是热力学温度的上限和下限。
• 宇宙是混乱度没有上限的系统，达不到正无穷大温度。

极小规模的负温度体系已经被人类创造出来。可以参照：

S. Braun, J. P. Ronzheimer, M. Schreiber, S. S. Hodgman, T. Rom, I. Bloch, U. Schneider. Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom. Science, 2013; 339 (6115): 52 DOI: 10.1126/science.1227831