光速憑什麼是最快的?揭秘相對論裡幾個大家都理解不了的事實!

2020-12-16 網易新聞

光速是最快的!相信很多人或多或少都知道,但是你知道人類是如何得知光速最快這個結果的麼?

這就要追溯到一個科學史上一個美麗的錯誤!當時麥可遜用幹涉儀來證明「以太」存在的實驗中發現了光速不變。然後愛因斯坦把這個光速不變作為一個前提假設(其實假設的是在不同慣性系中無法確定是勻速直線運動還是靜止,所以光速不能變,否則就能通過測量光速而知道自己的速度,恰恰上邊提到實驗也「證實」了光速不變)。有了這個假設,那麼推導出來了坐標系的洛倫茲變換公式,在這個變換公式裡邊發現了幾個驚人的推論,最終都得到了實驗的支持:質能方程,尺縮,鍾慢。

光速最大是愛因斯坦相對論的一個重要推論,其對於相對論有著重要意義。在愛因斯坦的相對論裡有幾個公式,首先是質量公式:M'=M/【(1-V^2/C^2)^(1/2)】

這裡M是靜止時質量,M'是該物體速度是V時質量,C是光速。可以得到速度越大物體的質量越大,可以理解為你跑的越快質量越大,當然開個玩笑,這個根本體現不出來。有人算過宇宙飛船的速度也僅僅讓其增加了零點幾毫克。但是當速度很大接近光速時,質量會明顯增大,速度到達光速就會導致分母為零。如果物體有靜止質量,他速度越大,他質量也就越大,你要進一步加速該物體所需要能量也就越大,如果要把一個物體加速到光速,所需要的能量是無窮大,所以這是不可能實現的的。最終的結果就是有質量的物體不能達到光速,理論上只能無限接近這個速度。因此得到結論有靜止質量的物體速度達不到光速,世界上最快的速度是光速。

除了質量公式還有長度公式:L1= L (1-(V/C)^2)^(1/2)——當速度是0.6倍光速,長度縮短為原來的0.8倍;當速度是0.8倍光速,長度縮短為原來的0.6倍;當速度達到光速長度將變為0。

還有鍾慢公式:T1= T/(1-(V/C)^2)^(1/2)——當速度是0.6倍光速,鍾為原來的1.25倍;當速度是0.8倍光速,鍾為原來的5/3倍;當速度達到光速時間將靜止。

這些公式在一定情況下都是有證實過的,之前看過紀錄片,拿兩個原子鐘一個在飛機上另一個在地面,飛了很久以後,兩個原子鐘時間確實有了極其細微的差別。

雖然現在相對論有了一定的普及,比如著名的GPS都是用到了相對論,不然怎麼會有現在這麼精準的定位,但是真正讓人完全理解,我想一般人還是很難做到的,所以首先面我們要感謝其為我們解決了很多問題,帶來了很多便利。但是另一方面,科學就是在於不斷的探索,如果大家都認為是對的所有人都不再懷疑,也就不會出現科學不斷的發展,愛因斯坦之前大家都認為牛頓理論就是完美的,到現在相對論也有很多解決不了的問題,經過以後科學家的探索也許會發現,當速度達到或者超越光速的時候,完全是另一種情況,相對論只適用於小於光速的情況也說不定。

科學的探索是無止境的,我們要善於利用現在的科學知識造福人類,還要保持一個懷疑的態度,這樣才能發現一些新的東西,打破常規。

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    大家可不要小看上邊這兩個推論,它們其實是狹義相對論的前提。愛因斯坦的狹義相對論對於光速有著非常準確的定義,並非是我們簡單理解的「宇宙中光速最快」,因為這個結論是錯誤的啊!目前我們就知道好幾個科學上已經承認的超光速案例,這個等下後文再說。
  • 宇宙最快星系,遠離速度達2.3倍光速,為什麼它沒有違背相對論?
    相信很多朋友都知道相對論,它是愛因斯坦提出的最偉大的物理理論,也是人類科學史上最偉大的一個基礎理論。相對論讓我們對空間,時間,宇宙有了更新的認知。相對論一個偉大的理論,對人類的影響是深遠的,而人類目前對相對論的應用和理解還只是皮毛。
  • 如何正確理解相對論中的尺縮效應
    於是一切都變得光明了。」英國作家斯奎耳模仿亞歷山大·波普為牛頓寫的詩,為愛因斯坦寫了一個《警句》:「但如此不會長久,魔鬼嚎叫道:『派愛因斯坦去!』於是,世界又恢復了黑暗。相對論誕生已經一百多年,真正理解相對論的人極少,大部分認同相對論的人其實對相對論是一知半解,人云亦云罷了。
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    愛因斯坦的相對路為人類認識世界打開了一扇新的窗戶,人類從牛頓的經典力學的絕對時空觀進入到了相對論時空觀的時代,在時空這個度規裡,我們再也回不到溫暖的、經典的世界!
  • 距地球320億光年的星系,速度可達2.3倍光速,它跟相對論相悖嗎?
    相信很多小夥伴都知道愛因斯坦, 也知道愛因斯坦相對論。可以說愛因斯坦是人類300多年科學史上最偉大的一個科學家。他的偉大就是提出了相對論,而相對論指引著人類探索宇宙,探索宇宙的無數奧秘。人類現在對於相對論的理解和應用可能只是皮毛,即使再過幾百年,上千年,相對論有可能仍然會指導著人類的科學事業。
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    在愛因斯坦相對論沒有出現之前,人們都認為,速度是沒有極限的,它可以無限提升。可是當愛因斯擔相對論出現之後,給人們澆了一盆冷水。相對論告訴我們,物體的速度是有極限的,這個極限就是光速,有質量的物體永遠不可能達到光速,只有光子這種沒有靜止質量的粒子才能夠達到光速。
  • 為什麼時間會膨脹,達到光速時間停止怎麼理解?
    狹義相對論和廣義相對論合在一起,推翻了經典物理學中的靜態宇宙觀,證明了宇宙是動態的,不斷發展變化的。這個動態的主要內容就是在不同的慣性參考系,時間流逝是不一樣的。導致這種時間變化的就是時間膨脹。在這些公式裡,我們可以看到都有光速「c」的身影,說明光速在時間膨脹中的關鍵性作用,如果沒有確定光速的準確值,或者沒有確定光速極限、光速不變、光速恆定這幾個原則,就沒有時間膨脹的精確測量。因此我們首先了解一下什麼是「光」?為什麼說光速有這麼重要呢?這是因為我們人類所觀測到的一切,都是依靠光,更嚴格意義上來說是依靠電磁波。
  • 宇宙中速度最快的恆星,達到光速8%,展現3種相對論效應
    但是有少數恆星距離黑洞太近,運動速度非常快,必須用愛因斯坦的廣義相對論來計算它們的軌道。當物體的運動速度可堪與光速媲美,就會產生「相對論效應」,如果是一顆發光的天體,我們會發現它看起來更紅,這種現象叫做「引力紅移」。打個比方來說,如果我們站在地面上把手中的球拋向天空,它在地球引力的作用下會減慢速度。
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  • 宇宙中光速並非最快,四種超越光速的速度,你會知道幾個?
    如果你想問宇宙中最快的速度是什麼,我相信幼兒園的孩子都知道「光」是最快的速度。也是因為光是最快的速度,所以光年通常被用作宇宙尺度中的距離尺度。此外,經過多年的實驗研究,「光速不能超過」和「真空光速不變」已經成為公認的事實。但是你知道嗎,事實上,從某個角度來看,光速並不是宇宙中最快的速度,許多速度實際上超過了光速。
  • 光速是宇宙中的極限速度?這是事實,我們無法解釋為什麼
    光速是宇宙中的極限速度,而這個速度是指信息和能量的傳播速度。光速最快是人類通過實驗以及理論推導出來的,這就是一種事實,我們無法解釋為什麼。光速,299792458 m/s,一切物質的速度都超不過此值,是自然界存在的最大速度,光速不以參考系的不同而變化,不論你怎麼做怎麼測量,真空光速就是299792458 m/s,不大也不小。以上就是愛因斯坦相對論成立的大前提,假如有一天發現有物體的速度大於光速了,那麼也就是宣告相對論失敗的時候了。
  • 宇宙中最快的速度不是光速
    大家好,這裡是【把話說】,今天我們來說:速度!目前看到的比較慢的動物,最慢的也就是「海馬」。海馬身上有幾個「魚鰭」,這個鰭拼命地搖擺的話,它每小時只能前進不到兩米,它平時基本就是隨波逐流,反正它身上那個鰭是沒什麼用。
  • 聽說一切物體在時空中的速度都是光速c?|狹相支線
    相信很多人都聽過這樣一句逼格很高的話:在相對論裡,一切物體在時空中的速度都是光速c。有些人還會把「在時空中」這個定語給省略掉,就留下一句「一切物體都以光速運行」,把讀者的三觀震碎。然後不加一句解釋就飄然離去,留下讀者在那裡一臉懵逼。
  • 光速與普朗克常數引出愛因斯坦的相對論及其命運的轉機:互為貴人
    普朗克曾在報告會上講解愛因斯坦相對論。勞厄聽後非常震驚,因為,他一直信奉康德哲學時空絕對不變理論。「時空居然與物質運動有關?運動還會改變空間?」勞厄既感覺相對論有些道理,又有點難以置信。正巧他研究X射線時遇到困難於是便產生拜訪愛因斯坦的想法。潛意識中,能提出相對論的人,不是奇才也是天才。說是拜訪,也有考察的意味。
  • 宇宙膨脹超過光速,相對論無法解釋,愛因斯坦遇到了什麼困惑
    我們知道,根據狹義相對論,真空中的光速C是任何物體運動的極限值。但是事實上,廣義相對論中,光速也是任何物體運動的極限值。那麼既然如此,廣義相對論中的「廣」字體現在哪裡呢?廣義相對論在推導過程中使用了「等效原理」。
  • 光是速度最快的東西嗎?如果速度可以突破光速,宇宙會發生什麼?
    但是隨著我們長大了,我們就知道,物理學家愛因斯坦提出了一個結論,那個結論說的是我們不可能超過光速,這也是他奠定現代物理學基礎的相對論中的一個結論。這也就意味著,在我們所能夠了解到的科學領域之內,光速就是這個宇宙中的最高速度了。於是科學家們普遍都認同,什麼時候能夠突破相對論找到超光速粒子的時候,才會改變這一個結論。
  • 如果飛船能不停加速,為何不能達到光速?相對論效應你用對了嗎?
    由於地球在公轉過程中在空間中往不同方向以約萬分之一的光速(約30公裡每秒)運動,如果以太存在,地球一年四季在以太中漂移的速度在互相垂直的兩個方向上是不一樣的,根據經典物理裡的速度疊加原理,兩個方向上的光速理應不一樣,這樣在麥可遜幹涉儀中,通過兩個互相垂直的光路的光波到達屏幕的時間就會不一樣,那麼幹涉條紋理應發生變化,但結果是幹涉條紋並沒有任何變化。