在咱们人类现有的认知下，速度再快，也快不过光速；标准再小，也小不过普朗克长度；温度再冷，也冷不过肯定零度；看得再远，也看不见世界的鸿沟。为什么自然界存在着这些不行逾越的极限？这些极限又描绘了哪些关于这个世界的真实相貌？
光速
咱们都知道光速很快，高达大约每秒30万公里，一秒钟可绕地球七圈半。就是由于太快了，古希腊学者一向信任光速是无穷大。笛卡儿乃至还以为，光速假如不是无穷大，整个哲学体系都要重写。
直到17世纪，丹麦天文学家罗莫发现木卫──每次月食开端的时刻都不太相同。并且，咱们越挨近木星，月食开端时刻越早。罗莫推估，这个时刻差，就是光穿越地球轨迹所需求的时刻。只需知道地球绕太阳公转的轨迹半径，就能够推估光速。
由于其时精准度不太抱负，罗莫的丈量值，大约比精确值少了约26％，不过这是初次丈量出光速数值，也确认了光速是有限的，而不是无穷大。
1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，更斗胆地做了一个假定：真空中的光速在等速相对运动的坐标系中都相同，意味着即便咱们等速朝着光源跑，看到的光速也不会添加。
曾经有位助教在上相对论课时，讲了一个笑话：某甲以0.8光速，乙以0.7光速相互挨近，这样甲看乙挨近的速度，不就应该逾越光速吗？事实上，当咱们看着高速运动的物体乙时，不光同向的长度会缩短，上面的时钟也会走得比较慢，也就是乙的时空会跟着运动而歪曲，咱们看到的会是一个十分独特的世界。爱因斯坦的假定经过了屡次试验证明，后来构成深远的影响，可是真实是超乎幻想，对一般人来说，恐怕是20世纪最震慑的成果。
也由于光速在任何时刻、任何地址量都相同，所以1983年，世界度量衡标准局正式将一公尺的界说改成光跋涉1／299792.4580秒的间隔。从那天开端，精确丈量光速的含义，变成精确丈量一公尺的长度是什么。
有质量的物体，运动速率永久没有方法逾越光速，则是相对论的另一个重要定论。依据爱因斯坦的狭义相对论，质能能够互变，其公式就是E＝MC^2。
并且有质量的物体，一旦动起来，质量不光会添加，速率一旦挨近光速，物体的质量，也就是能量会急速飙升，当速率挺进到光速时，能量就会变成无穷大。换句话说，要把有质量的物体加快，刚开端还算一般的困难，一旦速率越来越快，加快就会越来越困难，需求补给的能量当然就会越来越不象话。不难幻想，任何有质量的物体，想要抵达光速，肯定是不行能的使命。
光速是不行逾越的这件事，在历史上也曾遇上不少应战，但后来逐个以失利告终。爱因斯坦和波耳的世纪大论争，最终发现两个缠结的根本粒子，即便间隔再悠远，也会透过量子效应瞬间互动，如同双生子的心电感应。
爱因斯坦以为这个成果违反相对论。可是，有人以为这些量子互动，也许是经由微观蠹孔(dù kǒng，是指蛀虫啮食的小洞)传递并没有违反相对论。别的最近很抢手的微中子超光速事情，最终则被证明是乌龙一场。尽管咱们无法证明一个理论是对的，可是相对论的普适性，至今没有任何可信的反证，因而大都物理学家信任，光速是不行逾越的。
普朗克长度
普朗克长度是由三个根本物理常数所组成的长度单位，这三个常数分别是真空中的光速、普朗克常数与牛顿的万有引力常数。它们分别是狭义相对论、量子力学与古典重力理论的根本物理单位，特别前两种理论（合称“量子场论）是操纵微观世界的物理，如原子、分子、原子核等，而后者除了用来描绘日常日子的重力现象，主要是描绘大标准的天体物理或世界学。普朗克长度的巨细约是质子巨细的1／1020,它大致等于1.6x10的-35次方米!
一般来说，物理常数的数值巨细是大自然给定的，它界说了相对应的物理理论的适用性规模。比如给定一个粒子的质量，在量子力学（或量子场论）中有一个由该质量、普朗克常数与光速所界说的"康普敦波长，该波长是想用光波勘探该粒子方位时的测禁绝量，因而能够看做是该粒子的实践巨细。
相对地，在重力理论中，给定一物体的质量，则该质量、光速与万有引力常数界说出”史瓦西半径“，假如物体的实践半径比其本身的史瓦西半径要小，则该物体的四周将构成黑洞，其巨细为史瓦西半径。这意味着由于强壮的重力效应，连光波都无法逃离黑洞。这也是除了万有引力常数，在史瓦西半径的界说中会引入光速的原因。
普朗克长度已然是由对应到三个根本物理理论的常数所界说，表明它是三个理论（或许说是量子场论与重力理论）一同适用时的根本长度单位。由前述的评论可知，给定一质量巨细，康普敦波长能够看做是量子场论里的对应长度，而史瓦西半径则是重力理论里的对应长度。
一般来说，康普敦波长远远大于史瓦西半径，所以一般物体不会构成黑洞。而当这两种理论在同一个适用规模，则意味两种对应长度的巨细适当，也就是这两种长度巨细此刻与普朗克长度适当。满意此条件的给定质量巨细称为普朗克质量，其巨细约为1／10^-8公斤。此分量看起来很小，在微观标准却是巨无霸，由于它大约是10^19个质子的质量。
也就是说假如要构成半径为普朗克长度巨细的黑洞，有必要把10^19个质子压缩到半径约1／10^20个质子巨细的体积中。这样的物理现象超乎咱们现在所能了解的情况，物理学家将之称为「量子重力」，也就是在普朗克长度这么小的标准下，古典的滑润时空概念将不再适用，时空（及重力）将展示量子体系的随机性。
已然普朗克长度适用规模的物理如此超乎常理，那么为何有些物理学家（如弦论学家）要讨论它呢？这是由于有两个十分根本的物理问题一向困扰着这些物理学家，而试着处理它们，有助于咱们了解时空的实质。第一个是世界的来源：假如依照大响雷的理论往回推演，当十分前期世界的半径约是普朗克长度时（也就是大响雷模型中，世界诞生后约一个"普朗克时刻"，其巨细约为1／10^-43秒），时空的量子效应变得很重要，这是否意味着古典重力理论的大响雷独特点不会发作？那么世界从何而来呢？
另一个问题是由霍金辐射所隐含的黑洞热力学，预示黑洞的熵是与其面积（以普朗克长度的平方为根本单位）而不是如一般预期的与体积成正比。又普朗克长度的呈现意味着量子重力效应对黑洞内部的物理有很大的效果，使得对外部观察者而言，其有用自由度只反应在黑洞外表，然后展示出相似光学的"全像现象"。在这儿的黑洞是大标准的，并不需求是普朗克长度巨细，所以量子重力效应怎么反应在古典时空中，真实教人利诱，可是这也让讨论时空实质的量子重力论更具应战性，也更诱人。
肯定零度
冷热是一种片面的感触。假如要客观，则需求温度计。它是依据物质的特性来决议温度，例如水银热胀冷缩的程度，或是导线电阻的改动量等。至于温度是否有下限，就像速度是否有上限相同，并没有清楚明了的答案。事实上，一向要到18世纪初，法国人艾蒙顿才推论出温度可能有下限。
艾蒙顿做温度丈量时用的是气体，这是由于相对于固体或液体，气体体积（或压力）随温度的改动较显着。他发现假如体积固定，则当温度下降时，气体的压力会成正比削减。假定这个趋势不变，则将数据外插后，能够得出气体压力掉到零的温度。他估量最低温度约在-240℃，咱们现在知道精确的值应该在-273.15℃。由于气体压力不会是负的，所以这是低温的极限，也称为肯定零度。
为什么无法将温度降得比肯定零度低呢？由于一个物体的温度越高，表明里头原子的随机运动越剧烈；反过来说，温度越低，则原子的运动越缓慢（这个重要的相关是在19世纪发现的）。也就是说，原子随机运动的剧烈与否，在大标准下表现出来的，就是温度的凹凸。到了肯定零度，原子趋近于不动，这时就无法再降温了。
将一个固体加热，它会先熔化、然后汽化（组成固体的原子被解离），最终变为电浆态（电子被剥离原子）。这时即便添加到千万度高温，电浆态也不会有严重的改动。反过来看，尽管由室温到肯定零度不过戋戋300度，但在这个规模里却会显现各种独特的物理现象。
上图为处于超流相的液氦，会在杯身内面向上缓慢攀爬，攀跳过杯口，然后在杯身外面向下缓慢滑落，集结在一同，构成一滴液氦珠，最终滴落鄙人面的液氦里。这样，液氦会一滴一滴的滴落，直到杯子彻底流空停止。
例如，氦4所组成的气体在肯定温度4K左右会凝结为液体，再降温到2K则会摇身一变，成为没有任何黏滞性的特别液体，称为超流体。若将超流体盛在环状容器里，能够一向继续活动。这是由于在去除热的影响后，氦4的量子性质得以凸显，这时整个体系变得十分有次序，不易受外界搅扰，称为玻色－爱因斯坦凝集体。
由于粒子的热运动会抹除量子性质，所以凝态物理试验室里常设有低温设备。将样本温度下降后，才有方法看到超导或量子霍尔效应等诱人的现象。配备有稀释致冷机的试验室，能够将样本温度降到1／100K以下。运用绝热去磁的特别技能，乃至于能够降到百万分之一K以下。如此大费周章绝非白费。例如，氦3（氦4的同位素）所组成的液体，在降温到百万分之一K时才会转变为超流体，其特性比氦4超流体更为丰厚风趣。
温度的下限，就像速度的上限或其他极限相同，肯定不会是一堵庸俗的高墙。
世界时空
世界有多大？一向是个令人深思的问题，可是这个问题和咱们能看到的世界有多大并不相同，并且很不相同。换句话说，即便如今的世界是无穷大，咱们所能见到的规模却永久是有限大。现在世界的年纪大约是140亿岁，而可见世界的规模却是一个半径约为460亿光年的球体！
要预算树的年纪，咱们运用年轮，同样地，要预算世界的年纪时，咱们得先找到”世界年轮“：一个会随时刻改动的物理量。现在已找到且被广泛应用的世界年轮就是世界微波布景辐射(CMB)，它是来自世界初生时的光，它的温度就是俗称的世界温度。
由于能量守恒，CMB的温度会随世界的胀大而下降，因而咱们可由CMB现在的温度2.73K，来推得世界已胀大了约140亿年之久（世界温度由初生时的几近无穷大降至3,000K，只需求约40万年的时刻，因而世界初生时的的确温度对这140亿岁的预算值影响甚小）。
但在这个核算过程中，实践上咱们已运用了一些额定的信息，包含如今世界的组成中暗能量约占七成、暗物质约占两成等，因而，假如未来数年间，这些信息因新观测数据而有所改动，或世界学型有严重批改，则这140亿岁的预算值将会不在精确，有必要再从头预算。
由于世界的年纪是有限大的，所以光源太悠远的光，还来不及抵达咱们这儿，它还在半路上。因而咱们现在所能见到的世界巨细，受限于光自世界诞生至今所能走的最远间隔，由此间隔为半径所画出的球体，就是咱们如今所能观测到的世界规模。
也就是说距今10亿年后，咱们所能见到的世界规模将会更大，由于来自世界诞生、更远处的光将会连续抵达咱们。
那么光走140亿年的间隔不就是140亿光年吗？为何可见世界规模的半径竟高达460亿光年？那是由于世界一向在胀大！光走一年的间隔本来应为一光年，但由于世界胀大的联系，会把本来光已走过的一光年拉得更长！
因而依理论核算，一起选用上述暗能量和暗物质的份额信息，咱们可推得现在可观测世界的规模，约是一个以咱们为球心、半径为460亿光年的球体。触类旁通，就一个位在远处的外星人而言，他所能见到的世界巨细虽和咱们相同，但实践的规模却不相同，这就像是在雾中行车，每位驾驭的视野间隔是相同的，皆受限于雾的浓度，但每位驾驭的视野规模却不相同，由于他们的方位不同。
