為什麼宇宙會存在一個速度極限?

2020-12-16 天文同好樂園

在現代物理學裡,其實還有很多科學家不是很確定的東西,但是有一點卻毫無疑問(最起碼在物理學家們中間不存在爭議),即:在宇宙中,任何物質性的東西,它的運動速度都無法超越真空中光的速度——299792458米/秒,這就是我們宇宙中客觀存在的速度限值。目前我們人類所能達到的最快速度就是太空飛船在軌道上的速度,大約為8000米/秒,而這僅是真空中光速的0.0025%。所以,在日常生活中,不要說超越光速,就是想接近光速,你無論如何也不可能做到。

那麼,這個真實存在的速度極限有證據嗎?描述這一極限的理論就是愛因斯坦的相對論,當然現在還有人說相對論是錯誤,但請不要忽略一點,相對論已經在非常高的精度上得到了反覆驗證。光速不可超越作為一條鐵律已經滲透進了現代物理學的諸多細節之中,要是相對論不正確,宇宙速度極限不存在,那科學家肯定早就覺察到了,而不會任由這個錯誤繼續存在。因此,無論你是誰、無論你怎麼做,你不可能超越這個速度極限。

那麼,為什麼宇宙會存在一個速度極限呢?我們為什麼不能讓火箭一直不停地加速直至達到光速?到底是什麼在阻擾使得你無法想飛多快就飛多快?直覺上,我們通常認為宇宙空間是真空,是空空如也的,但愛因斯坦告訴我們,直覺並不一定正確,時間和空間是一個不可分割的整體,你甚至可以將它想像成一個實體、一個「東西」,它會彎曲、拉伸、會產生漣漪。

當你加速時,時空不會直接阻止你加速,你的速度確實會越來越快,但接下去你會發現,加速會變得越來越困難,你越是接近光速,你所需要的時間就越長;無論你向引擎注入多大能量,你的加速度都會越來越小,而在這個過程中,並沒有發生什麼戲劇性的變化,但是你就是永遠不能達到光速。很奇怪嗎?事實就是這樣。這就如同一個80歲的大媽試圖要擁有20歲時的苗條身材:時間沒少花、能量也沒少花,但事情就是辦不成!

宇宙速度極限其實是嵌入在時空構造中,真正阻止你達到光速的並非時空中的某種東西,而是時空本身,它一直在妨礙你運動,速度越是快,時空彎曲得越厲害。這種效應在低速時並不明顯,但在接近光速時就會很明顯,宇宙速度極限不是一個簡單意義上的上限或者如同你頭頂上的天花板,它是作為時空性質的一部分以一種扭曲的方式在起作用。無論你相不相信,它限制了現實世界中所有的速度。

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