速度再快，也快不過光速；尺寸再小，也小不過普朗克長度；溫度再冷，也冷不過絕對零度；看得再遠，也看不見宇宙的邊界。為什麼自然界存在著這些不可超越的極限？這些極限又描繪了哪些關於這個世界的真實面貌？

宇宙時空

「宇宙有多大？」一直是個古今玩味的問題，但是這個問題和「我們能看到的宇宙有多大」並不一樣，而且很不一樣。換句話說，即使現今的宇宙是無窮大，我們所能見到的範圍卻永遠是有限大。目前宇宙的年齡大約是140億歲，而可見宇宙的範圍卻是一個半徑約為460億光年的球體！

要估算樹的年齡，我們使用年輪，同樣地，要估算宇宙的年齡時，我們得先找到「宇宙年輪」：一個會隨時間改變的物理量。目前已找到且被廣泛應用的宇宙年輪便是「宇宙微波背景輻射」（cosmic microwave background, CMB），它是來自宇宙初生時的光，它的溫度即是俗稱的宇宙溫度。

由於能量守恆，CMB的溫度會隨宇宙的膨脹而下降，因此我們可由CMB目前的溫度「2.73K」，來推得宇宙已膨脹了約「140億年」之久（宇宙溫度由初生時的幾近無窮大降至3000K，只需要約40萬年的時間，因此宇宙初生時的確實溫度對這140億歲的估算值影響甚小）。

但在這個推算過程中，實際上我們已使用了一些額外的資訊，包括現今宇宙的組成中暗能量約佔七成、暗物質約佔兩成等，因此，如果未來數年間，這些資訊因新觀測數據而有所改變，或宇宙學模型有重大修正，則這140億歲的估算值將會不保，必須再重新估算。

由於宇宙的年齡是有限大的，所以光源太遙遠的光，將在宇宙現今的有限之齡還來不及到達我們這裡，它還在半路上。因此我們目前所能見到的宇宙大小，受限於光自宇宙誕生至今所能走的最遠距離，由此距離為半徑所畫出的球體，便是我們現今所能觀測到的宇宙範圍。也就是說距今10億年後，我們所能見到的宇宙範圍將會更大，因為來自宇宙誕生、更遠處的光將會陸續抵達我們。

那麼「光」走140億年的距離不就是140億「光年」嗎？為何可見宇宙範圍的半徑竟高達460億光年？那是因為宇宙一直在膨脹！光走一年的距離原本應為一光年，但由於宇宙膨脹的關係，會把原本光已走過的一光年拉得更長！因此依理論計算，同時採用上述暗能量和暗物質的比例資訊，我們可推得目前可觀測宇宙的範圍，約是一個以我們為球心、半徑為460億光年的球體。

舉一反三，就一個位在遠處的外星人而言，他所能見到的宇宙大小雖和我們相同，但實際的範圍卻不相同，這就像是在霧中行車，每位駕駛的視線距離是相同的，皆受限於霧的濃度，但每位駕駛的視線範圍卻不相同，因為他們的位置不同。

絕對零度，即絕對溫標的開始，是溫度的極限，相當於-273.15℃，當達到這一溫度時所有的原子和分子熱量運動都停止。這是一個只能逼近而不能到達的最底溫度。人類在1926年得到了0.71K 的低溫記錄，1957年創造了0.00002K的超低溫記錄，1989我國科學家創造了2X10 power -9 K的超低溫，目前，人們甚至已得到了距離絕對零度只差六億分之一的低溫，但仍不可能得到絕對零度。

如果真的有絕對零度，那麼能不能檢測到呢？有沒有一種測量溫度的儀器可以測到絕對零度而不會干擾受測的系統（受測的系統如果受到干擾，原子就會運動，從而就不是絕對零度了）？確實，絕對零度無法測量，是靠計算得出來的，研究發現溫度降低時，分子活動就會變慢，那麼依靠計算得出，當降到絕對零度時，分子是靜止的，所以就得出了絕對零度的概念。

宇宙微波背景幅射是‘宇宙大爆炸’ 所遺留下的布滿整個宇宙空間的熱幅射，反映的是宇宙年齡在只有38萬年的狀況，其值為接近絕對零度的3K（-270.15℃）。

人類所能產生的最高溫度是5.1億攝氏度，約比太陽的中心熱30倍，該溫度是美國的普林斯頓等離子物理實驗室中的托卡馬克核聚變反應堆利用氘和氚的等離子混合體於1994年5月27日創造出來的。
超新星爆發時的溫度可以高達一億攝氏度。 

宇宙大爆炸那一刻，溫度達無窮大；宇宙大爆炸後的 10 power –44 秒，溫度約為 1億億億億 度；宇宙大爆炸後的 10 power –36 秒，宇宙溫度繼續下降，當時的 10000億億億 度；宇宙大爆炸後的 10 power –32 秒，溫度約為 1億億億度；宇宙大爆炸後的 10 power –12 秒，溫度達到 1億億 度；宇宙大爆炸後的 10 power –6 秒，溫度達到 10000億度；宇宙大爆炸後的 10 power –4 秒，溫度達到 1000億 度，這也是超新星爆發時期星核的溫度；宇宙大爆炸後的 1秒，溫度降低為 100億 度；在大爆炸後的約 3 秒，溫度降低到 10億 度，這也是最熱的恆星內部的溫度。

光 速

我們都知道光速很快，高達大約每秒30萬公里，一秒鐘可繞地球七圈半。就是因為太快了，古希臘學者一直相信光速是無窮大。笛卡兒甚至還認為，光速如果不是無窮大，整個哲學體系都要重寫。直到17世紀，丹麥天文學家羅莫發現木衛一每次月食開始的時間都不太一樣。

而且，我們越靠近木星，月食開始時間越早。羅莫推估，這個時間差，就是光穿越地球軌道所需要的時間。只要知道地球繞太陽公轉的軌道半徑，就可以推估光速。當時由於精準度不太理想，羅莫的測量值，大約比精確值短少了約26%，不過這是首次測量出光速數值，也確認了光速是有限的，而不是無窮大。

1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，更大膽地做了一個假設：真空中的光速在等速相對運動的座標系中都相同，意味著即使我們等速朝著光源跑，看到的光速也不會增加。以前有位助教在上相對論課時，講了一個笑話：某甲以0.8光速，乙以0.7光速互相接近，這樣甲看乙接近的速度，不就應該超過光速嗎？

事實上，當我們看著高速運動的物體乙時，不但同向的長度會縮短，上面的時鐘也會走得比較慢，也就是乙的時空會隨著運動而扭曲，我們看到的會是一個非常奇異的世界。愛因斯坦的假設經過了多次實驗證實，後來造成深遠的影響，然而實在是超乎想像，對一般民眾而言，恐怕是20世紀最震撼的結果。

也因為光速在任何時間、任何地點量都一樣，所以1983年，國際度量衡標準局正式將一公尺的定義改成光行進1/299792.4580秒的距離。從那天開始，精確測量光速的意義，變成精確測量一公尺的長度為何。

有質量的物體，運動速率永遠沒有辦法超過光速，則是相對論的另一個重要結論。根據愛因斯坦的狹義相對論，質能可以互變，其公式就是E＝mc2。而且有質量的物體，一旦動起來，質量不但會增加，而且速率一旦接近光速，物體的質量，也就是能量會急速飆升，當速率挺進到光速時，能量就會變成無窮大。換句話說，要把有質量的物體加速，剛開始還算古典的困難，一旦速率越來越快，加速就會越來越困難，需要補給的能量當然就會越來越不像話。不難想像，任何有質量的物體，想要達到光速，絕對是不可能的任務。

光速是不可超越的這件事，在歷史上也曾遇上不少挑戰，但後來一一以失敗告終。愛因斯坦和波耳的世紀大論戰，最後發現兩個纏結的基本粒子，即使距離再遙遠，也會透過量子效應瞬間互動，好像雙生子的心電感應。愛因斯坦認為這個結果違背相對論。但是，有人認為這些量子互動，也許是經由微觀蠹孔傳遞，並沒有違背相對論。

另外最近很熱門的微中子超光速事件，最後則被證實是烏龍一場。雖然我們無法證明一個理論是對的，但是相對論的普適性，至今沒有任何可信的反證，因此多數物理學家相信，光速是不可超越的。