深度科普：溫度有下限絕對零度，速度有上限光速，為何會這樣？

簡單講，我們的宇宙是有限的，而有限的宇宙無法容納無限的事物或無限的特性。任何屬性都不可能從負無窮延伸到正無窮。所有的物理性質(zhì)，無論是速度、溫度、質(zhì)量、體積、密度，還是任何我們可以測量的性質(zhì)，它們的取值都是在有限的范圍內(nèi)。

因此，我們來探討一個延伸的問題，溫度不僅有一個最低限度，同樣也有一個最高限度。

而這個最高限度就是宇宙大爆炸發(fā)生時的溫度。自此以后，在我們的宇宙中，任何事物都不可能超過大爆炸瞬間的溫度。這便是我們所在宇宙的溫度上限，據(jù)物理學家估算，大約為10^32K。

描繪宇宙溫度的演變圖景，我們會發(fā)現(xiàn)在宇宙誕生的10^-43秒時刻，決定了宇宙溫度的上限為10^32K。一旦超越這個溫度，你就能創(chuàng)造出一個新的宇宙。

那么，關(guān)于速度的上限以及絕對零度意味著什么，我們來談?wù)劇?/p>

首先，絕對零度這個概念相對簡單。一句話足以概括：

絕對零度指的是粒子處于量子力學所描述的最低能級狀態(tài)，亦即絕對靜止狀態(tài)時的溫度。因為溫度本質(zhì)上反映的是粒子的運動，因此將此時的溫度定義為0K，即絕對零度。

在探索超低溫世界的過程中，物理學家們發(fā)現(xiàn)了許多奇特的現(xiàn)象。最著名的莫過于超導(dǎo)現(xiàn)象（電阻消失），還有超流體現(xiàn)象，液氦能夠自動跨越障礙，從高處流向低處。

液氦的超流體現(xiàn)象非常特別，它可以自動從高處流向低處，這聽起來并不新奇。但奇妙之處在于，它能夠跨越障礙流動。這就如同你桌子上的一杯水，水竟然自動從杯中溢出，并非底部漏水，而是從杯子上方溢出。

至今，低溫物理學家所能達到的最低溫度記錄是德國的實驗室在1999年創(chuàng)造的1.0×10^-10K。然而，根據(jù)量子力學理論，絕對零度是一個遙不可及的目標，因為真空中存在能量，只要能量大于零，溫度就不可能降為0。最終，一切皆歸結(jié)為能量的問題。

至于速度上限的原因，它關(guān)乎能量的有限性：

請注意，不論真空中的光速具體數(shù)值多少，任何有靜止質(zhì)量的粒子都不可能超過光速。這是愛因斯坦狹義相對論的基本論斷。隨著粒子速度的增加，其質(zhì)量不會保持不變，而是會增大。當速度接近光速時，質(zhì)量會變得非常大，以至于接近無窮大。這意味著，這個移動中的粒子擁有無限的能量，這顯然是荒謬的。

只有當粒子的速度接近光速時，質(zhì)量的增加才變得顯著。

由于我們的宇宙是有限的，無法容納擁有無限質(zhì)量的粒子。宇宙大爆炸瞬間確定的總能量，大約為10^19GEV，不管這個數(shù)字多么巨大，它始終是一個有限值，非無限。

那么，光子為何能達到真空中的光速呢？

因為光子沒有靜止質(zhì)量，所以在光速下不會擁有無限質(zhì)量和無限能量。否則，任何物體被光子照射就會瞬間消失，不僅物體，整個宇宙也會在光照下消亡。但光子具有所謂的相對論質(zhì)量，或運動質(zhì)量，可以通過愛因斯坦的質(zhì)能公式E=MC^2將其能量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量。

此外，關(guān)于光速還隱藏著一個深奧而少有人關(guān)注的問題：

為何光速（在真空中）大約為每秒30萬公里，而不是更快或更慢呢？當然，這些數(shù)據(jù)是在現(xiàn)行的度量系統(tǒng)中得出的，而不是通過隨意改變單位來做數(shù)字游戲。如果真空中的光速發(fā)生巨變，對我們的宇宙意味著什么？一些物理學家正在探索這一問題。

另一個相關(guān)疑問是，自古至今，真空中的光速是否發(fā)生了微小變化，以前的光子比現(xiàn)在的光子速度快或慢？目前尚無定論。

不過，黑洞可能是一個例外。據(jù)稱，黑洞具有無限密度，這引發(fā)了一個悖論。物理學家正在努力解決這一問題，最后的結(jié)論很可能是