@ 2013.11.09 , 09:30

Quora 精选:无法逾越的理论极限

可以是经济、生物、化学、政治科学等等。天体极大/极小的限定?经济增长速度的极限?温度的边界?这个问题没有任何限制。请详细阐述为何你觉得你的答案有趣并且重要。

【一下内容按得票数由高到低排列,截止日期 2013年11月08日22:35:11】

Vikramaditya Gaonkar 制造机械工程师 (253票)

我们从风能中转化得到的能量,最多不超过 59.3% 。这被称作「Betz 定律」。

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这幅漫画通俗地解释了为什么风力涡轮机的效率不可能达到 100%。

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。

Stephen Hou,MIT 物理专业在读 (145票)

这里,我说三则我最喜欢的,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,以字节位(bits)为单位,公式是:

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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。

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:

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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。

最后是 「布雷莫曼极限(Bremermann's Limit)」 。它说的是单位物质,在单位时间所能达到的最快运算速度(以bit为单位)是:

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m 代表物体的质量,c 是光速,h 是普朗克常数, 结论就是 1.36 × 10^{50} 比特每千克每秒。

James Pan 斯坦福大学医学生 (133票)

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。

详细请挪步维基百科

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。

Krik Patterson (86票)

温度的极限是「普朗克温度」,高达 1.416785(71)×10^32 开尔文。以下摘自维基百科:

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)。

小编注:我知道有蛋友肯定要问,这tm到底是什么概念啊?反正换算成摄氏度,数到万万亿度了,前面还有18位,现在人类制造过最高的温度是美国新泽西州普林斯顿等粒子物理实验室干出来的5亿1千万度。

Benjamin Gardner Jacoby (29票)

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。

本文译自 Quora,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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