我们都知道,光速是宇宙的速度极限,而绝对零度是理论上温度的最低值。为何速度和温度等物理量不能是无限的呢?为何宇宙要限制速度和温度呢?

简单讲,因为我们生活的宇宙本身就是有限的,有限的宇宙不会诞生无限的东西。

不要说速度和温度了,在我们的宇宙里,任何物理量都不可能是无限的,比如说密度,体积,质量等,都是一个有限的物理量。

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很多人都知道温度的下限是绝对零度,但并不知道温度其实也是有上限的,这个上限就是普朗克温度。

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普朗克温度是宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度,这个温度非常高,大约10的32次方摄氏度。普朗克时间是有意义的最小时间单位,它也非常短,只有10的负43次方秒。你可能会认为10的负43次方之前的温度会比普朗克时间高,但你的观点其实是没有意义的,因为普朗克时间最有意义的最小时间单位,并不存在比普朗克时间更小的时间段!

再通俗来讲,宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度,也就是普朗克温度,宇宙中只出现过一次。如果你能再次创造这个温度,就能创造一个全新的宇宙。

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那么,为什么我们不能创造比绝对零度更低的温度呢?

绝对零度,理论上是所有微观粒子到达绝对静止时的温度。我们都知道温度的本质是微观粒子运动的快慢,所以如果所有的微观粒子都静止了,温度就达到最低,也就是绝对零度。

那么微观粒子能绝对静止吗?并不能。我们不能用宏观世界的思维去衡量微观世界的运动,按照量子力学诠释,任何微观粒子的速度和位置都是不确定的,位置的不确定性与速度不确定性的乘积必须不小于一个常数。

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这就意味着微观粒子的速度不可能为零,如果是零的话,表明速度的不确定性就是零,这显然违背了量子力学不确定性原理。

所以绝对零度只是理论上的最低值,人类不可能创造出这个温度。平时我们所说的真空,也不可能到达这个温度,因为真空并不是“一无所有”,真空也拥有“真空能”,而只要有能量,温度就不可能降低到绝对零度。

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说完了绝对零度,再来看看速度,速度为何有光速这个上限呢?或者说光速为何不是无穷大呢?

简单讲,光速之所以不是无穷大,是受限于我们的四维时空,也就是说,光速其实是四维时空的内在秉性,它只与时空的磁导率和介电常数有关,麦克斯韦方程组早就推导出了光速的计算公式。

说白了,光速其实并不是指光的速度,而是四维时空的最高速度,是四维时空的固有属性。言外之意,一旦超越了我们的四维时空,你可以尽情地超越光速,没人管你。但在四维时空里,你必须受到光速的限制。

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换一种思维方式,其实这也是人择原理的直接体现。光速为何是宇宙的最高速度,因为如果没有光速限制,光速可大可小,比如说光速比每秒30万公里大一点或者小一点,我们的宇宙很可能就不会诞生,即使诞生了,也会以完全不同的形态呈现,不可能出现生命,更不会有人类的诞生,当然也不会有人来问这个问题了。

那么,为何万物的速度都不能超越光速呢?

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爱因斯坦的狭义相对论早就告诉了我们原因。任何具有静质量的物体的速度都不能超越光速。物体的质量会随着物体的速度增加而变大,当物体的速度无限接近光速时,质量就会变得无穷大,意味着这个物体拥有无穷的能量。

显然,在我们宇宙的宇宙里,是不允许这样的事情发生的。因为根据宇宙大爆炸理论诠释,我们宇宙的总能量也只有大约10的19次方吉电子伏,一吉电子伏相当于十亿电子伏特。这个数字很大,但不管有多大,也终归是有限的,有限的宇宙能量是不可能出现拥有无穷多能量的物体的。

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那么,为何光子能达到光速飞行而不会拥有无穷多的能量呢?

因为光子没有静质量,意味着尽管光子时刻以光速飞行,它并没有无穷多的能量和质量。否则的话,如果光子拥有无穷的能量,任何物体只要被光子照射,瞬间就灰飞烟灭了,整个宇宙都不存在了。

虽然光子没有静质量,但它拥有动质量,这个质量可以根据爱因斯坦质能公式计算出来,一个光子的动质量大约为10的负37次方千克,是非常小的。

最后说一点,诡异的黑洞中心的奇点一度被认为体积无限小,密度无限大,这不是与“宇宙不允许出现无限的物理量”相悖了吗?

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其实不然,人类一直的物理定理根本无法诠释黑洞奇点,人类根据现有物理定律对奇点的描述只是一种猜测。退一步讲,即使黑洞奇点的密度真的是无穷大,体积无穷小,也不足为奇,因为在不少物理学家眼里,黑洞奇点很可能就不属于我们宇宙的东西。