1977年,美國航天局發射了旅行者1號和旅行者2號宇宙飛船,目的是為了探測星際空間,在40多年裡,它們飛行了數百億公裡。根據研究人員估計,第一個光年裝置將在大約四萬年後被淘汰。但我們永遠不知道它們是否能跑完那段距離。畢竟,在如此長的一段時間內,它們很容易與某個宇宙物體相撞,而且它們發出的信號將在大約十年後停止到達地球了。那麼,為什麼它們不能以光速發射信息,或者為什麼它們不能在太空運動中發展成這樣的速度呢?
首先,讓我們看看在物理學中,為什麼光速是一個常數?為什麼任何物理物體的運動速度都無法越過它呢?
光速是如何變化的?誰證明了這一點?
在歷史上,伽利略和胡克等著名科學家認為,光子在太空中的運動速度是絕對最大值,是終點,而且所有物體的運動速度都不能逾越光速;但約翰·克卜勒、笛卡爾則認為,光速是無限的。事實證明,伽利略和胡克的理論是正確的。
1676年,丹麥科學家奧拉夫·羅默有史以來第一次估計了光速,而且估計值與光速的真實值比較接近,即:220 000公裡/秒。後來,隨著對光的研究,人們對光速的數值有了更精確的估計。例如,科學家詹姆斯布拉德利,利用光的畸變這一原理,證明了光速的有限性,並計算出這一數值為308 000 km / s。
在19世紀,法國科學家阿曼德斐索在實驗室中得到了一個比較準確的光速值,即:313,000公裡/秒。1950年,根據某種原理,來自瑞典的科學家貝奇斯傳德也測得了一個光速值,即:299 793.1 km / s。
再後來,隨著具有穩定輻射頻率的雷射光學裝置出現後,它能記錄光子的準確速度,即:299 792 458 m / s。但是,這是一個極限值,即使到今天,有了足夠的先進科學技術,我們也不能逾越這個值,那麼,在理論上,我們能突破這個速度的極限嗎?
如果你以光速移動會發生什麼?
今天,人們提出了一個假想,就是去發明一種扭曲引擎的裝置,這種裝置的作用能使物體在太空中的移動速度比光快,注意這種想法的依據是在於空間幾何的扭曲。但是,對於飛船本身而言,這種變形不會受到暗物質某些動力的影響,這種效應被稱為「阿爾庫維耶雷泡沫」。當然,這一切也只是個構想罷了。
時空
根據時空連續體的物理模型,我們得知,宇宙中所有存在的物體都處於一個坐標系中。其中一個軸為時間,另一個則為運動速度。同時,我們還需接受這樣一個事實:我們所有人都在不斷地運動著。
時間可以表示為一條有分界線的直線,代表過去和未來的時間。打一個很形象的比方:想像一下,你正駕駛一輛汽車,突然間剎車失靈,這時你能控制的只有方向盤,也就是說,你能控制汽車在一個巨大的物體上的運動,甚至假設在一個無窮無盡的軌道上運動,這就叫「時間」。你既不能加速,也不能減速,更不能向相反的方向運動。唯一做的是,就是正確地處理和避免在這條直線上無休止的障礙。
當然,許多科學家認為,在時空連續體中可能也會有例外,比如「蟲洞」。這是一種隧道,通過它你可以在空間和時間上立即移動。實際上,它們的存在尚未得到證明,也許是因為它們不穩定,也許有尺寸太小。但是,根據「狹義相對論」和「時空模型」中所描述的細微差別,我們的宇宙某些部分是可以相互連接在一起的。
注意,在地球上模擬蟲洞是不可能的,因為能量不夠。順便說一下,這種細微的差別也不能超越光速。
速度更快,質量更大,能量更多,時間更短
讓回到剛才提到的坐標系,一個軸是時間,另一個則是空間速度。研究表明,隨著速度的增加,物體的運動時間將變慢。
對此,愛因斯坦描述了這個驚人的現象,並給它命名為「相對論時間膨脹效應:
如果在A點放置兩個同步運行的時鐘,我們將其中一個以恆定的速度沿一條封閉的曲線移動,直到它返回A(需要記錄時間),那麼當它到達A時,這時鐘的時間將落後於保持靜止的那個時鐘………。
事實證明,不能超過光速運動。
下面說說超光速運動,它的不可能性與物體質量對運動速度的依賴性有關。如果你把最簡單的粒子加速到光速,那麼它的質量將增加到無限大。如我們從物理課上所知道的那樣,要確保一個大質量物體能運動的話,那就需要大量的能量。然而,在地球上我們還找不到這樣一個大能量的來源。
那麼,為什麼電磁輻射中的粒子能以這樣的速度運動呢?答案很簡單,因為光子沒有質量,也沒有電荷,就像所有無質量粒子一樣。除了光子之外,我們現在還知道其他兩種沒有質量的粒子,即:引力子和膠子。