「快子」是什麼?人類為何無法「突破」光速?

2021-01-18 硬核宇宙知識聯盟

「快子」是什麼?人類為何無法「突破」光速?

從微觀的角度來看,宇宙萬物都是由最基本的粒子構成的。而在科學家的「想像」當中,卻有一種現實中並不存在的粒子「快子」。「快子」又被稱為「超光速粒子」,顧名思義,就是快子的速度能夠超越光速,但是這種「快子」在現實當中卻是「不可能」存在的。為什麼「快子」不可能存在?人類為什麼始終無法突破光速?今天小編和大家簡單地討論一下這個問題。

首先是「快子」為什麼「不可能」存在的問題。我們知道愛因斯坦提出的相對論當中,最著名的就是「質能方程」了,也就是「E=mc^2」這個經典的公式。根據質能方程,我們能夠得出物體擁有的能量是和速度以及自身的質量有關的。換句話說,就算物體本身處於靜止狀態,那麼它如果存在質量,就存在能量。而形成「光」的光子,就是在靜止狀態下不存在質量的物質,所以它才能夠達到真空中的光速。

而這個「E=mc^2」的經典公式,其實在物理學當中往往不這樣表達。因為公式當中的「m」是物質的靜止質量,而在實際上,當物體處於運動的狀態下,它本身的質量「m0」也會隨著速度增大,之前小編有介紹過狹義相對論的質速方程——

也就是說高速運動的物體質量是和速度有關的,那麼上面的「質能方程」,也要添加這麼一個「洛倫茲因子」,變成下面的這種表達方式——

如果說「快子」的速度超過了光速,也就是v>c,那麼等式右側分母位置的根號裡面就變成了負數,整個分母也變成了虛數。而物質的能量一定是實數,光速c又是一個常量,那麼就意味著:快子本身的質量m,也要是虛數,才能滿足整個等式的存在。而現實當中是不存在質量為虛數的物質的,所以我們說快子在現實當中是「不可能」存在的。

至於人類無法突破光速的原因,同樣也和「快子」不存在是一樣的道理。根據愛因斯坦的狹義相對論,如果物質的速度達到了光速,那麼它的靜止質量就必須是0;如果物質的速度超過了光速,那麼它的質量就意味著要是虛數,而這樣的物質顯然是不存在的——或者是「反物質」才能滿足這樣的要求。所以人類至今也無法將任何的物體加速到光速,只能無限地逼近光速。而光速對於現代物理學的限制,也是非常大的。

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    自從相對論提出光速不可超越以來,仍然有很多科學家不信「邪」,最早在1962年,美國科學家德什潘德、比拉紐克和蘇達尚開始了超光速的研究,並發表了一篇名為《「元」相對論》的論文,詳細闡述了超光速的可能性。1967年科學家費因伯格提出了《快子理論》,將超光速粒子命名為「快子」(tachyon),而將比光速慢的粒子命名為「慢」(bradyon)。
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    愛因斯坦在1905年發表了狹義相對論,帶領人類認識了一個全新的物理世界。在狹義相對論中,他認為時間和空間都是相對的,只有一種現象是恆定的,可以將時間和空間聯繫到一起,那就是光速,從而提出了光速不變原理。即無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。所以光速被認為是目前宇宙中最快的速度。
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    光速每秒30萬公裡,身為宇宙中最快的速度,它的動力來自哪裡?在宇宙中最快的速度莫過於是光速了,沒有任何事物能夠超過它,通過相對論我們能夠了解到,宇宙中的事物只能接近它,不能超過它,因為接近光速的一瞬間,物質就會不斷開始擴大,慢慢就開始爆炸,所以這個時候想要再接近光速的時候,簡直是太難了,這也是在宇宙中沒有超光速物質的原因,讓很多人比較鬱悶,難道在宇宙當中真的沒有超過它的物質嗎?光速到底是什麼?
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