真空中有没有温度？

这个问题很有意思，而且答案比想象中要复杂一些。

简单来说，我们日常生活中理解的“温度”，是与物质以及物质内部粒子的运动息息相关的。当我们在谈论“温度”时，我们通常指的是一个物体内部大量粒子的平均动能。粒子运动得越剧烈，我们感觉这个物体就越“热”，也就是温度越高。反之，粒子运动得越缓慢，温度就越低。

那么，真空呢？“真空”这个词本身就带有“没有”的意味。理论上来说，绝对真空是指完全没有任何物质存在的空间。如果连构成物质的基本粒子（比如原子、分子）都没有，那么也就没有我们通常意义上所说的“粒子”在其中运动，也就没有“粒子的平均动能”这一概念。

所以，如果严格按照这个定义来理解，没有物质的真空，就没有我们所理解的“温度”。它既不是高温也不是低温，因为“高”和“低”都是相对存在的。

但是，现实世界中的“真空”往往不是绝对的。

1. 宇宙空间中的真空：当我们谈论太空真空时，它并不是一个空无一物的空间。宇宙空间中充满了非常非常稀薄的物质，例如：
少量粒子：虽然浓度极低，但仍有少量的自由电子、质子、原子核以及游离的原子和分子。
电磁辐射：更重要的是，宇宙空间中充满了各种形式的电磁辐射，其中最主要、最普遍的就是宇宙微波背景辐射（CMB）。你可以把它想象成大爆炸的“余晖”，均匀地弥漫在整个宇宙空间中。这些光子本身携带着能量，而且它们在运动。

所以，在宇宙空间这种“近似真空”的环境里，虽然粒子稀少，但电磁辐射的存在确实赋予了这个空间一种“平均能量密度”。科学家们测量宇宙微波背景辐射的温度大约是2.7开尔文（270.45摄氏度）。这个温度不是由某个具体物体决定的，而是代表了空间中辐射场的平均能量水平。如果你将一个非常灵敏的温度计放在那里，它最终会达到与周围环境相匹配的那个能量平衡点，显示的就是这个数值。

2. 实验室制造的真空：在实验室里，我们会用真空泵来抽走空气，制造出低压环境。即使是最好的真空设备，也无法达到绝对真空。总会有一些残留的分子。这些残留的分子就像在极端稀薄的空气中一样，它们的运动也决定了这个空间的“温度”。不过，由于粒子数量极少，这种“温度”的概念会变得有些模糊，更多时候我们会关注残留气体的“压力”。

为什么说“温度”和粒子运动有关？

我们知道，热力学第三定律指出，绝对零度（0开尔文，273.15摄氏度）是物质粒子运动的最低可能状态。理论上，在绝对零度下，粒子的动能会趋于零（但根据量子力学，仍然存在零点能）。所以，温度与粒子的动量和能量是直接挂钩的。

一个类比（但不完全精确）：

想象一个空旷的房间，里面没有空气，也没有人。这个房间本身能说有“温度”吗？如果你非要给它一个温度，那它就是不冷不热，因为它什么都没有，无法通过物质的接触或辐射来传递热量。

但如果这个房间里有一盏闪烁的灯泡，灯泡在不断地发出可见光和红外线（电磁辐射）。虽然房间里没有空气让光线散射，但这些光子的能量仍然存在，并且会与房间内的物体（如果存在的话）发生相互作用，传递能量。在这种情况下，我们可以说房间的“能量状态”受到了灯泡的辐射影响。

总结一下：

绝对真空（理论上）： 没有粒子，因此没有我们通常意义上理解的“温度”。
宇宙空间（近似真空）： 存在稀薄的粒子和大量的电磁辐射（如宇宙微波背景辐射）。这些辐射赋予了空间一种平均能量状态，可以被描述为一个非常低的温度（约2.7开尔文）。
实验室真空： 存在极少量的残留气体分子，它们的平均动能也决定了空间的温度，但由于其稀薄，这个概念不如常压下明显。

所以，与其说真空有“温度”，不如说真空的空间中可以存在能量，这种能量可以通过电磁辐射或稀薄粒子的动能来体现，而这些能量的平均值可以被转化为一个我们所称之为“温度”的数值，尤其是在描述宇宙尺度上的情况时。它代表的是一个背景能量的水平，而不是某个具体物体感受到的“冷热”。

希望我这样解释，能让你更清晰地理解这个问题。

网友意见

有，而且根据观察者运动情况的不同真空中的温度还会发生变化，这就是大名鼎鼎的昂鲁效应（Unruh Effect）。

下面简单归纳一下昂鲁效应的要点：

1、在黑体辐射理论中，辐射电磁场中的光子数密度为：

2、在量子场论中，描述特定波长的光子数密度算符为 ，我们希望它的平均值跟黑体辐射理论得出的结果是相等的，即：

对真空态，粒子数算符的平均值为0，相应地，真空态的温度T也就无限地趋于0。

但目前为止得到的结论都很符合人们的认知，但若是只有这些岂不是太无聊了？当你把加速运动考虑进去时，真正毁三观的结论就出现了。

后面的推导比较复杂，我也就不细推了。重点在于在加速参考系中，真空中两点的关联函数就会发生变化，这等价于温度发生了变化，最后得到公式：

可以明显看出来加速度越快，温度越高。

说实话，这个取决于真空和温度的定义。。。

你要是采用经典物理中关于温度的定义，温度是分子动能体现，同时真空也采用经典物理的定义，真空是没有分子的空间，那么在真空中没有温度的良好定义。。╮(╯_╰)╭

当然，上述定义方式过于简陋了。。

在考虑量子现象后，有所谓【真空不空】的说法，即便没有分子原子等实物粒子，也有各种物质场处于激发态，比如电磁场等，而温度也被定义为系统的熵对能量的偏导数的倒数，于是真空也是有温度的。。╮(╯_╰)╭

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