在我们看来,因果律是大自然一个固若金汤的基本法则,通俗来讲就是原因必须发生在结果之前。

如果我们承认因果律(当然目前来看没有不承认的理由),那么我们就必须承认光速限制,宇宙中任何有质量的物体都无法达到光速,任何信息的传递速度都无法超过光速。

打开网易新闻 查看精彩图片

这也是为什么我们常说宇宙的极限速度是光速,每秒大约30万公里,我们生活中看到的任何有质量的物体,只能尽可能接近光速,不可能达到甚至超越光速。

而光速限制也是爱因斯坦相对论的一个核心思想,在质增方程中也表现得淋漓尽致。当物体的速度越来越接近光速,质量就会变得越来越大,最终达到无穷大,显然这是大自然不允许的。

通过大型粒子对撞机的不断加速,科学家们可以把质量非常小的微观粒子不断加速,但不管怎么加速,都不可能达到光速。科学家们已经做到了让粒子的速度无限接近光速,只比真空中的光速慢了0.000001%!

你可能会想,距离光速就差了那么一丢丢,是不是努力程度不够啊?稍微再加把劲是不是就能达到甚至超过光速了?

只能说,看起来如此微小的差距,实则是永远无法逾越的鸿沟!

但是对那些没有质量(静质量)的物体来讲,比如说光子,胶子还有引力子(目前还是假想概念),必须以光速飞行,不想光速飞行都不行,而且一出生就是光速,没有任何加速过程。

打开网易新闻 查看精彩图片

那么,为什么大自然一定要阻止超光速粒子的出现呢?

其实原因刚开始就说了:因果律。如果粒子的速度超过光速了,宇宙就全乱套了,全部分崩离析。

很简单的例子,比如说子弹的速度超光速了,意味着在我扣动扳机之前,就可以把你杀死。结果竟然发生在了原因之前,这不就全部乱套了吗?

更通俗的例子是,你的脸先感觉到疼,然后我再打你一耳光!

打开网易新闻 查看精彩图片

自然界的万事万物,都是由靠四种基本作用力结合在一起的,分别是强力,弱力,电磁力和引力,而这四种作用力是靠四种基本粒子传递的,分别是胶子,玻色子,光子和引力子。

假设物体的速度超过了光速,意味着传递四种力的基本粒子很可能追不上物质,又怎么可能将物质结合在一起呢?

这就是为什么大自然会限制物体的速度超光速。但其实宇宙中又确实存在超光速的现象,关键是并不违背因果律,也是被大自然允许的,都有哪些现象呢?

第一,宇宙刚诞生时的暴涨速度。

宇宙大爆炸理论表明,138亿年前体积无穷小的奇点突然膨胀,诞生了宇宙。

但是暴涨理论告诉我们,时间并不是从零开始的,而是从普朗克时间开始的,也就是大约10的负41次方秒开始,那时的宇宙已经存在了。当时的宇宙没有任何粒子,只有纯能量,这种能量导致宇宙以指数级膨胀,在大约10的负36次方秒,暴涨结束。

打开网易新闻 查看精彩图片

这个过程膨胀速度有多快呢?很难具体计算。但是就在宇宙诞生一秒过后,宇宙大小就有一光年了。大约一年之后就有银河系那么大了。看到了吧,这样的速度是不是远超光速。在宇宙暴涨速度面前,光速简直慢如蜗牛。

第二,宇宙的膨胀速度。

宇宙诞生至今,就一直在膨胀,膨胀的速度约为20公里/秒/百万光年,什么意思呢?

打开网易新闻 查看精彩图片

就是说每增加一百万光年的距离,空间膨胀速度就会增加20公里每秒。千万不要以为每秒20公里这个速度很慢,何时才能超过光速啊?

不要忘了宇宙太大了,当空间距离足够大时,很轻松就能超过光速,而且是远超光速。其实宇宙膨胀的过程就像是吹气球一样,气球上的点就是星系,随着气球不断膨胀,气球上的点远离彼此的速度会越来越大。

打开网易新闻 查看精彩图片

也就是说,距离银河系足够远的星系,其实都在以超光速的速度远离我们。当然这并不违反爱因斯坦相对论的光速限制,因为星系的远离速度看起来超光速了,但星系本身并没有相对空间运动,只是星系之间的空间膨胀了而已。

第三,量子纠缠的速度。

关于这一点,其实之前的科普中我说了很多。量子纠缠,是量子世界里面的诡异现象之一,至今都无法解释量子纠缠的本质,但我们知道量子纠缠现象的确存在,只是我们不能用宏观世界的物理法则衡量量子纠缠。

打开网易新闻 查看精彩图片

科学家们早就发现,量子纠缠的速度远超光速,甚至可以超过光速一万倍,但这也不违反爱因斯坦的相对论,因为量子纠缠过程,并不会传递任何信息。当我们试图测量粒子想获取任何信息的时候,粒子就会发生波函数坍缩,成为确定的状态,而这个过程是随机发生的。

第四,介质中物质的速度可以超光速。

实际上这就是著名的切伦科夫辐射,具体来讲就是,由于光在介质里的速度会小于在真空中的速度,因此介质中物体的速度就可能会超过介质中光的速度。

打开网易新闻 查看精彩图片

比如说,光在水中的速度大约只有真空中速度的四分之三,也就是大约每秒22.5万公里,理论上我们可以让水分子的速度达到每秒25万公里,这不就是超光速了吗?

比水中光子的速度跑得还要快,而当这种情况发生时,相当于水分子突破了光障,就会产生切伦科夫辐射,是一种光学“冲击波”!

总结

大自然所谓的“光速限制”并不是绝对的,是有前提的,这个前提就是:任何传递信息的速度都不能超过真空中的光速,并不代表光速绝对不能超越。

打开网易新闻 查看精彩图片

也就是说,只要任何速度不涉及信息的传递,当然可以随意超越光速,不是说时空的移动速度和时空的可折叠性,就可以让我们实现间接“超光速”,而这就是人类梦寐以求的科技,时空折叠,具体来讲就是曲速引擎或者虫洞科技。

完。