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举个栗子:【奇思妙想】哪些极限理论上是无法超越的?

日报 举个栗子 2年前 (2017-12-31) 362次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:【奇思妙想】哪些极限理论上是无法超越的?

来自 Vikramaditya Gaonkar(制造机械工程师)、Stephen Hou,MIT( 物理专业在读)等的答案:

【贝兹理论】

我们从风能中转化得到的能量,最多不超过 59.3% 。这被称作贝兹理论

如果风中全部的能量,在通过叶轮的时候被 100% 转化为机械能,那么风就不会再吹,通过叶片的空气风速降为 0。这就意味着空气会在叶片后面阻滞聚集,也就没有后续流动的空气来推动叶片,产生能量了。

举个栗子:【奇思妙想】哪些极限理论上是无法超越的?

【贝肯斯坦界限(Bekenstein Bound)】

这里,我说两则我最喜欢的,涵盖了计算机科学、量子物理和热力学。这些理论深刻,且与我们的常识有所出入,但它们自宇宙诞生开始就存在了。

第一个叫做 「贝肯斯坦界限(Bekenstein Bound)」 。讲的是在给定体积和能量的情况下,所能存储的最大数据量,以字节(bits)为单位,公式是:

举个栗子:【奇思妙想】哪些极限理论上是无法超越的?

在公式中,R 是闭合空间内建球体的半径,E 是质量能量,h 带个一横的符号是约化的普克朗常数,C 是光速。极限值大概是 2.58 × 10^{43} × (以千克为单位的质量) × (以米为单位的半径) 个字节。因此,一立方厘米,质量 1 克的物质(就是水的密度)理论上可以存储最多 1.77 × 10^{21} 个字节,相当于 2000 亿 Gigabytes 的数据。

【兰道尔原理(Landauer's principle)】

第二个是 「兰道尔原理(Landauer's principle)」 ,它表示的是擦除一个字节数据所需要的最小能量是:

举个栗子:【奇思妙想】哪些极限理论上是无法超越的?

公式里 K 是 波兹曼常数,T 是设备的温度。在室温条件下(25℃,或者 298K),兰道尔极限表明干掉一个字节所需要的最小能量大概是 0.0178 电子伏特(eV), or 2.85 泽焦(zJ)。所以在室温下,一台电脑修改 100 万字节(大约 1M 不到)所需要的最少能量是 2.85 万亿分之 1 瓦。

【海佛里克极限

海佛里克极限(Hayflick Limit)描述的是人类细胞分裂次数的极限。因为人体缺乏端粒酶(telomerase),DNA 的染色体终端,在每一次 DNA 复制之后逐渐变短,直到一个极限值。这可能是人类衰老的根本原因。

【米勒魔法数字】

既然题主没有限定内容,我想在提一下另外一个极限: 「米勒魔法数字」,它说的是人类大脑的内存里,能同时存储的工作不超过 7 +/- 2 个(5~9 件事情),它是当今心理学研究中应用最多的论据。

【温度的极限】

温度的极限是「普朗克温度」,高达 1.416785(71)×10^32 开尔文。

普朗克温度,以德国物理学家马克斯·普朗克命名,是温度的单位,简记为 TP 。它是自然单位系统中普朗克单位,并且是代表着量子力学中的一个基础极限的普朗克单位。普朗克温度是温度的基础上限;现代科学认为推测任何东西比这更热是毫无意义的。据现时的物理宇宙学,这是宇宙大爆炸第一个瞬间的温度(第一个单位普朗克时间)。

【形成恒星的质量下限】

还有一个有意思的极限是「形成恒星的质量下限」。为了触发核聚变,它必须具备一定的质量。简单地讲,升级成恒星的入场费是 J13,没错,需要 13 个木星(Jupiter)的质量。理论上讲,质量大于 13 个木星的天体在内核会因为强烈的引力作用而引发核聚变。


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