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为什么速度有上限光速,而温度有下限绝对零度?

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简单说,因为人类生活的宇宙并不是无限的,而是有限的宇宙。



日常生活经验告诉我们,任何事物都是有限的,有限的事物可以具体描述出来。同时有限的宇宙里是不可能出现任何无限的东西,有限的宇宙是具体的,而无限的东西是抽象的,很难直接描述出来。

无限,只属于数学概念,而数学并不等同于物理和现实。

细心的伙伴肯定早就发现了,任何一个物理属性,都不可能无穷大或者无穷小,比如说温度,速度,体积,质量,密度等等物理量都会在一个有限的范围内。



所以,题目中的问题可以进行拓展,温度不仅有下限绝对零度,也有上限,这个上限就是普朗克温度,而且这个温度只出现过一次,那就是宇宙大爆炸瞬间的温度,大约10的32次方度,宇宙诞生之后,就再也没有出现过那么高的温度。

理论上讲,如果你能创造出普朗克温度,你就能创造出一个全新宇宙。

下面来具体讲讲绝对零度和光速的那些事,先说绝对零度。



何为绝对零度?通俗来讲,绝对零度是微观粒子达到绝对静止状态,或者量子力学最低能量点的温度。温度其实就是微观粒子的热运动,如果微观粒子的运动停止了,自然也就达到了温度最低值。

在超低温世界,会出现很多奇妙现象,比如说初中物理我们都学过的超导现象,还有超流体现象,液态氦能自发地翻越障碍物,从高处流向低处,引力好像失去了作用。



根据量子力学的不确定性,绝对零度是不可能达到的,即便是“一无所有”的真空,仍拥有最基本的能量,也就是“真空零点能”,而只要能量不为零,温度就不可能达到绝对零度。

量子力学的不确定性原理强调,微观粒子的速度和位置具有不确定性,速度的不确定性与位置不确定性的乘积不能为零,而必须不小于一个常数。这意味着微观粒子的速度不可能为零,不然的话就是确定的,违反了不确定性原理。



还有,即便是“一无所有”的真空,其实也并非“什么都没有”,那里会随机衍生出来正反虚粒子对,这些虚粒子对可以通过赊借能量的方式随机衍生出来,然后瞬间湮灭归还能量,只要整个过程时间足够短,大自然并不反对。这种现象就是“量子涨落”。而虚粒子对本身就是能量。

说完了绝对零度,再来看看光速。光速有上限,因为宇宙的能量是有限的。

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,任何有静质量的物体速度都不可能超过光速。随着物体的速度变大,质量也会跟着增加。如果物体的速度无限接近光速,意味着也会达到无穷大,而质量与能量是等价的,无穷大的质量意味着无穷多的能量,对于有限的宇宙来讲,显然这是不可能的。



同时,让无穷大质量的物体加速到光速,也需要无穷多的能量才行,整个宇宙的能量都不够用,很显然,这也更不可能。科学家们已经计算出了我们宇宙的总能量,大约10的19次方吉电子伏,1吉电子伏等于10亿电子伏特。

不过只有当物体的速度非常接近光速时,质增效应才会比较明显,在我们的低速世界,很难感受到质增效应。



那么,为什么光子的速度能达到光速呢?

原因很简单,因为光子没有静质量,所以光子可以以光速飞行,也必须以光速飞行。不过由于光子没有静质量,意味着它不会拥有无限的质量和能量,不然的话,我们每天被光照射,如果光子有无穷的能量,我们被光子照射的一瞬间就灰飞烟灭了,不仅仅是你和我,整个宇宙都不存在了。



对于光速,很多人有这样的疑问,为什么光在真空的速度是每秒30万公里,而不是每秒35万公里或者其他速度呢?

首先我们要确认一点,光速不能是无限的,还是那句话,因为我们的宇宙是有限的。既然光速不能是无限的,我们只需要测量有限的光速就可以了,结果就是每秒30万公里。

而30万这个数字只是根据人类制定的度量标准得出的结果,数字本身并没有多大的意义,如果度量标准改了,这个数字也会改动,理论上想要什么数字都可以。



不过在如今的度量标准下,如果光速真的出现哪怕是细微的改变,比如说光子的速度稍微变慢或者变快,对于宇宙来说意味着什么呢?

很可能意味着我们的宇宙将拥有完全不同的大自然法则,所有的物理定律都将被改写。因为现有的物理定律中,很多公式都包含光速这个常数,光速一旦改变,物理定律也肯定会失效。

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