- 发布日期:2025-07-19 12:05 点击次数:175
简单讲,我们的宇宙是有限的,而有限的宇宙无法容纳无限的事物或无限的特性。任何属性都不可能从负无穷延伸到正无穷。所有的物理性质,无论是速度、温度、质量、体积、密度,还是任何我们可以测量的性质,它们的取值都是在有限的范围内。
因此,我们来探讨一个延伸的问题,温度不仅有一个最低限度,同样也有一个最高限度。
而这个最高限度就是宇宙大爆炸发生时的温度。自此以后,在我们的宇宙中,任何事物都不可能超过大爆炸瞬间的温度。这便是我们所在宇宙的温度上限,据物理学家估算,大约为10^32K。
描绘宇宙温度的演变图景,我们会发现在宇宙诞生的10^-43秒时刻,决定了宇宙温度的上限为10^32K。一旦超越这个温度,你就能创造出一个新的宇宙。
那么,关于速度的上限以及绝对零度意味着什么,我们来谈谈。
首先,绝对零度这个概念相对简单。一句话足以概括:
绝对零度指的是粒子处于量子力学所描述的最低能级状态,亦即绝对静止状态时的温度。因为温度本质上反映的是粒子的运动,因此将此时的温度定义为0K,即绝对零度。
在探索超低温世界的过程中,物理学家们发现了许多奇特的现象。最著名的莫过于超导现象(电阻消失),还有超流体现象,液氦能够自动跨越障碍,从高处流向低处。
液氦的超流体现象非常特别,它可以自动从高处流向低处,这听起来并不新奇。但奇妙之处在于,它能够跨越障碍流动。这就如同你桌子上的一杯水,水竟然自动从杯中溢出,并非底部漏水,而是从杯子上方溢出。
至今,低温物理学家所能达到的最低温度记录是德国的实验室在1999年创造的1.0×10^-10K。然而,根据量子力学理论,绝对零度是一个遥不可及的目标,因为真空中存在能量,只要能量大于零,温度就不可能降为0。最终,一切皆归结为能量的问题。
至于速度上限的原因,它关乎能量的有限性:
请注意,不论真空中的光速具体数值多少,任何有静止质量的粒子都不可能超过光速。这是爱因斯坦狭义相对论的基本论断。随着粒子速度的增加,其质量不会保持不变,而是会增大。当速度接近光速时,质量会变得非常大,以至于接近无穷大。这意味着,这个移动中的粒子拥有无限的能量,这显然是荒谬的。
只有当粒子的速度接近光速时,质量的增加才变得显著。
由于我们的宇宙是有限的,无法容纳拥有无限质量的粒子。宇宙大爆炸瞬间确定的总能量,大约为10^19GEV,不管这个数字多么巨大,它始终是一个有限值,非无限。
那么,光子为何能达到真空中的光速呢?
因为光子没有静止质量,所以在光速下不会拥有无限质量和无限能量。否则,任何物体被光子照射就会瞬间消失,不仅物体,整个宇宙也会在光照下消亡。但光子具有所谓的相对论质量,或运动质量,可以通过爱因斯坦的质能公式E=MC^2将其能量转换为质量。
此外,关于光速还隐藏着一个深奥而少有人关注的问题:
为何光速(在真空中)大约为每秒30万公里,而不是更快或更慢呢?当然,这些数据是在现行的度量系统中得出的,而不是通过随意改变单位来做数字游戏。如果真空中的光速发生巨变,对我们的宇宙意味着什么?一些物理学家正在探索这一问题。
另一个相关疑问是,自古至今,真空中的光速是否发生了微小变化,以前的光子比现在的光子速度快或慢?目前尚无定论。
不过,黑洞可能是一个例外。据称,黑洞具有无限密度,这引发了一个悖论。物理学家正在努力解决这一问题,最后的结论很可能是,即便黑洞也不可能拥有无限的属性,比如密度。