宇宙中温度有下限,速度有上限,到底为什么?
直接回答就是:我们生活的宇宙是有限的!
因为宇宙是有限的,注定容纳不了无限的东西,无论是宇宙中的任何属性,都不可能是无穷大的,包括密度,体积,速度,质量等等,如今科学概念里的任何属性都是如此,肯定是在一个有限的集合里。
所以,我们平时感受到的温度不仅仅有下限,也有上限,上限就是普朗克温度,宇宙大爆炸发生一个普朗克时间的温度。而宇宙中不可能出现比普朗克温度更高的温度,因为普朗克时间是有意义的最小时间单位。普朗克温度非常高,大约10的32次方K。
理论上,如果你能创造一个温度高达普朗克温度的环境,意味着你将创造出一个新宇宙!
有点跑题了,回归正题,说说光速(速度的上限)和绝对零度(温度的下限)。
绝对零度的定义比较简单,理论上微观粒子绝对静止或者达到量子力学概念里的最低值的温度,此时的温度就是绝对零度,也就是0K。
不过由于量子力学中存在不确定性,微观粒子不可能完全静止,所以绝对零度只是理想情况下的温度,现实世界不可能达到。
科学家们当然知道不会达到绝对零度,不过他们仍旧热衷于制造无限接近绝对零度的温度。比如说。科学家们在实验室中就创造出了10的-10次方K的低温,非常接近绝对零度!
下面说说速度,速度有上限的原因,主要是因为静止物体的相对论效应。
爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,物体的质量并不是一成不变的,会随着速度的增加而变大。当速度达到光速时,物体的质量达到无穷大,需要无穷多的能量才能推动物体运动,但宇宙的能量是有限的,这显然是不可能的。
而光子之所以能以光速飞行(也必须以光速飞行),是因为光子没有静质量,以光速飞行时就不会拥有无穷多的能量和质量,否则的话我们早就被光无穷多的能量毁灭了。
那么光子的能量该如何计算了,并不难,有简单的公式可以计算:
还有一个问题,光速大约为30万公里每秒,为什么不是300万公里每秒或者其他数值呢?
首先,30万公里是人为定义下的数值,玩文字游戏就没有意思了。为什么光速不是无限大的呢?因为无限大的光速就不会形成如今的宇宙,基本粒子也不会出现。
只要光速是有限的,我们直接测量就好了。当然,也可以从人择原理去理解,光速更快或者更慢都不会形成基本粒子,也不会有如今的我们来问这种问题!或许在其他宇宙里,光速会更快或者更慢,那又是另一个话题了!
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