人们认为速度无法超越光速,但是宇宙中总有一些现象超越光速

2021-09-09 00:42:08 任间科学

导语:人们一直觉得光速是宇宙中最快的速度,人们对于宇宙中的光速一直在研究,那么光速能否被人们超越?宇宙之中超越光速的现象有哪些呢?对于光速,人们能否超越,达到在宇宙中旅行的想法?

01

对于光速的研究

1、宇宙中的超光速

光速被认为是宇宙的极限速度,没有物体能够超过光速去运动。但是,在现实生活中,存在着一些超光速现象,这些超光速打破了科学家的固有认识。我们都知道,速度是表示物体运动速度的物理量,理论上速度应该是无限的。但爱因斯坦的相对论中有这样的描述:一个高质量的物体,其速度有限,可以无限接近光速,但却永远不会达到光速。

2、为什么光速不能超过

光速不能超越这一观点来自于爱因斯坦的狭义相对论,在狭义相对论中,任何物体都能够无限接近光速但却不能超越。人们还可以理解为,对于所有的静止质量的物体,不管质量如何,只能无限接近光速,而不能达到光速。

为什么会这样?实际上,这在爱因斯坦的质能方程E=MC中有很好的说明,E表示物体拥有的能量,M表示质量,C代表光速。由此可见,能量和质量之间存在着一定的比例关系,质量越大,能量越大。另外,物体的能量越大,它的质量就越高,包括动能。换言之,如果一个物体想要达到光速,它的质量就会随着速度越来越接近光速而变大。

举例来说,如果一艘航天器以90%的光速飞行,其质量是该飞船静止状态下的两倍,这也意味着引擎必须输出双倍的输出来加速飞船的前进,因此,飞船越快,其能量就越高,质量也就越大,此时飞船里的一切都会变得越来越重,这就是质增效应。

来看牛顿的速度叠加公式。从地面上看,如果火车光速为4/5,而有人在火车上以3/5的速度行走,那么从地面上看,人在火车上的速度应该是4/5+3/5;然而,当列车接近光速运行时,车内的人们感觉一切都正常,但从地面的角度看,却发现车里的人移动得很慢,因此,车内的人都在向前移动,而在地面上,光速根本不是3/5倍,而是比这个速度小很多。至于光速,更为精确的是,任何有能量和讯息的传输速度都不能超过光速。

1、宇宙膨胀的速度

现在我们的宇宙大约有一亿年,而我们可以观测到这个宇宙的半径达到了460亿光年,也就是说,在过去的亿年里,它至少膨胀了460亿光年。我们可以推算,宇宙平均膨胀速度至少是过去亿年光速的两倍。同时,由于宇宙中存在的超光速膨胀的现象,使宇宙目前可观测到的直径可达920亿光年。

2、量子纠缠

量子纠缠就是两个粒子在彼此纠缠的状态下,不管两个粒子之间的距离有多远,其中一个粒子在做任何动作时,另一个粒子也会做出相同的动作,而不会有任何延迟。因此,距离对两粒纠缠在一起的粒子来说一点都不成问题,它们之间的联系机制远超过光速。

3、虫洞理论

1916年,一个奥地利物理学家首次提出了虫洞这个概念,也称“爱因斯坦-罗森桥”,是指宇宙中一种奇异的物体,用于连接宇宙的遥远时空。

尽管目前还没有关于虫洞存在的证据,但是科学家预测,虫洞在时空端点之间会有一条捷径,就像时空隧道一样,能够实现瞬时传输,甚至是超越时空的通道。总之,虫洞可以让相对遥远的两个地方瞬间接近,这个时间要远远超过光速,但是目前的虫洞理论仅仅是一个假设。

总而言之,对于这些超光速现象其实并没有违背相对论,理解得更加准确,可以说光速最快的限制在于对物质而非空间。这就是光速背光速无法超越的定义。然而,在宇宙中,仍然有很多我们人类不能理解的现象,所以只能说人类的进步空间还很大。

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人们对于光速的假设

假设你以前曾研究过爱因斯坦的相对论,你就会知道,当你的速度接近光速时,时间膨胀所产生的作用与时间机器一样地球上的时间以正常的速度向前移动,同时,在太空中时间向前移动也要慢一点,当你返回地球的时候,你将来到未来的世界。假设你要去500年后的世界,你将以99.99%的速度飞行7年,而当你返回地球的时候,你只有7年,而地球已经500年了。

但是,要建造一种可以飞向未来的时间机器,最大的问题是,有足够的燃料使飞船能够以这样的高速度飞行。没有任何物理学定律表明我们不能如此接近光速。但是,当光速接近时,飞船就变得越来越重。这将需要更多的燃料来加速,但是速度变得越来越慢,可能需要超过无限的能量才能打破光速。

爱因斯坦的相对论解释说,强重力也能减缓时间的运动,这在黑洞附近可以找到。举例来说,你乘一艘宇宙飞船到黑洞附近,停留一段时间,然后立刻返回地球,你会发现你来到地球已经很多年了。实际上,你的时间只在几个星期或者几个月之后,所以你可以用很短的时间回到未来。

但在高速飞行或利用黑洞引力几年后都非常缓慢。对许多没有耐性的旅行者来说,最好是有一种即刻的办法,叫作虫洞,虫洞就像是一条瞬间穿越时空的通道。要克服时间上的差距,要验证各种各样的古怪理论和异常复杂的技术,我们仍有很长的路要走。现在的航天器可能是我们最好的选择,发射超高速火箭使我们的时间变慢,其它一切都照常进行。在这类冒险中,我们既能提供高速的时空旅行,又能打破星际旅行的障碍,因为许多恒星和行星都是如此的遥远。

结语:短期内,我们肯定希望以人越远的距离来探索宇宙,但连最接近地球的恒星也无法到达。现在人们仍不能实现人类梦想的瞬间转变我坚信随着人类科技的不断进步,人类旅行的梦想一定会实现。

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