量子纠缠 光速是宇宙速度的极限?在这几个速度面前,光速简直就是“龟速”
相信大家都知道爱因斯坦的相对论,或许你不是很了解,但起码听说过。相对论又分为狭义相对论和广义相对论,其中狭义相对论中有一个重要核心就是“光速限制”,简单说就是“光速是宇宙速度极限”。
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光速的这种特性也意味着因果关系的存在,我们的现实世界存在因果性,说白了结果一定是在原因之后发生,这也是大自然的一个基本法则。这个很容易理解,举个简单的例子,你打自己一记耳光,然后才会感觉到疼。不可能出现下面这种情况:你先感觉到脸疼,然后自己打自己一耳光。不过相对论中的“光速限制”并不是绝对的,说具体点:大自然中任何具有静质量的物体,或者任何携带信息能量的物体都不可能超光速。速度极限光速大约每秒30万公里(准确值299,792,458米/秒),宇宙万事万物,不管是我们每天看到的宏观物体,还是非常微小的微观粒子,比如说电子,质子,中子等都不能以光速飞行,只能无限接近光速。为何不能达到光速?狭义相对论表明,物体速度越大质量就越大(更严谨的说法是动能更大),如果物体无限接近光速,动能就变得无限大。而能量与质量其实是等效的,能量和质量只是物体表现出来的两面性而已。如果想要一个物体达到光速,意味着需要无限多的能量,整个宇宙的能量都不够,这显然是不可能的。人类目前创造的最快速度已经非常非常接近光速了,在大型粒子对撞机中可以把微观粒子的速度加速到299,792,455米/秒,达到了光速的99.999999%!与光速只差了一点点。但不要小瞧这一点点,不要认为“我们加把劲”就能达到甚至超越光速了,这“一点点”就是永远不能逾越的鸿沟。不要说渺小的人类了,就是最恐怖的黑洞,也无法把物体的速度加速到光速。
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但狭义相对论中的“光速限值”只是限值有静质量的物体,这意味着如果没有静质量,可以达到光速,准确地说“没有静质量的物体必须以光速飞行”。比如说引力子(目前还是假设概念),胶子,光子等天生就以光速飞行,没有任何加速过程。
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爱因斯坦的狭义相对论体现了光速限值,其实自然界本身必须有光速限值,因为自然界中有我们熟悉的因果律,如果一个物体超光速飞行,因果律将被打破,整个宇宙就彻底陷入混乱,甚至会分崩离析。举个例子,如果可以超光速,你用猎枪射杀猎物,子弹的速度超光速,你会看到猎物先倒下,然后你才会扣动扳机,因果律完全被打破了,现实世界彻底乱套,让人捉摸不定。再到这个世界的现实本质,这个世界是由物质组成的,而物质是靠基本的作用力电磁力,强力,引力组合在一起的,而这三种基本作用力又是靠光子,胶子,引力子传递作用力的。如果物体的速度超越光速,意味着以上三种力根本追不上物体本身,怎么可能把物质粘合在一起呢?没有物质,又哪来的宇宙呢?不过话说回来,“光速限值”并不是绝对的,是有前提的,这个前提就是“任何具有静质量,携带信息和能量的物质都无法超越光速”,这意味着大自然并没有彻底关闭“超光速”的大门,还给我们“开了一扇窗”去尽情地超光速。以下就是几种超光速现象,而且是远超光速。在某种介质中超光速光速每秒299,792,458米/秒是真空中的速度,其实现实中光速是达不到这个速度的,因为大自然中充满了各种介质,而光在介质中的传播速度总是小于光速,传播速度为c/n,其中c是光速,n是介质折射率,n总会大于1。事实上多数时候,介质中的光速远小于真空中的光速。比如说光在水中的速度只有0.75c。利用光的这种特性,我们就可以在某种介质中“超越光速”(当时不是真空中的光速,而是介质中的光速),达到“光障”效果。科学家也确实做到了。
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一个物体可以在比介质中的光更快的速度穿越介质,产生光光激波(光障),这种光波被称为“切伦科夫辐射”(怪异的蓝光)。物体必须在密度比较大的介质中快速移动,光障效果才可以被我们的肉眼看到。比如说,核反应堆以非常高的速度喷出电子,高速电子穿越冷却水的速度就比水中的光速还要快,就会产生锥形激波。宇宙大爆炸时的暴涨速度
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