目前已知光速最快,那麼未來有沒有可能發現快於光速的速度呢?

2021-01-18 星球上的科學

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。那麼未來有可能發現比光速還快的速度嗎?

光在我們的生活中隨處可見,那麼光的本質是什麼?

其實關於這個問題曾經困擾了好幾個世紀中物理學界的偉大人物,他們一直都在不斷的爭論光究竟是粒子還是電磁波。

最先提出光是粒子這個概念的是牛頓,這是由於微粒受力更加符合他提出的力學定律,但在當時惠更斯卻持反對態度,在他看來光是一種類似於聲波、機械波的波,並由此解釋了光的反射、折射等現象。不過由於當時牛頓的威名比較大,因此最終以牛頓的「微粒說」成功告終。

直到英國物理學家託馬斯·楊氏通過雙縫實驗在觀察屏上發現了明暗交替的條紋,由此又開始了新的一輪爭議,再加上赫茲也進行了實驗,並且驗證了明光是一種波,當時許多物理學家對此沒有爭議。

而當時愛因斯坦再次又提出光是由粒子組成的,因為只有這樣,才能夠完全解釋光的反射和折射特性,而且根據光電效應實驗證明出光其實是由能量組成的,不過這些能量是以波的形式傳播的,他設想組成光的粒子是光子,推測當電子與物質中的光子碰撞時,它們會被後者的能量吸收並飛走,光子被擊中的頻率越高,飛行電子的能量就越大,雙縫實驗也證明了這一點。

直到法國德布羅意提出了波粒二象性的概念,眾多物理學家才達成統一,認為光既是粒子,也是一種波,並且還得出所有的微粒或電磁波都具有波粒二象性,粒子就是波,波就是粒子,兩者都是同一對象的兩個屬性。

根據眾多智者研究光最終得出了光的三個規律:

光在同種均勻介質中沿直線傳播。兩束光在傳播過程中相遇時互不幹擾,仍按各自途徑繼續傳播,當兩束光會聚同一點時,在該點上的光能量是簡單相加的。光傳播途中遇到兩種不同介質的分界面時,一部分反射,一部分折射,反射光線遵循反射定律,折射光線則遵循折射定律。

光速有多快?

真空中的光速是一個重要的物理常量 ,國際公認的值為 c=299792458米/秒 ,即3乘10的8次方米每秒,大約每秒30萬公裡。光看這個數字我們體會不了光速有多快,打幾個比方來說,我們地球的直徑是12756公裡,計算一下,那麼周長大約就是40000公裡,而飛機是目前我們行駛最快的一種工具,坐飛機出國也是需要幾個小時甚至十幾個小時,而光速要圍繞整個地球轉一圈,只需要1/7秒;

還有地球到月球的距離,平均是38.4萬公裡,坐上光速去旅行,僅僅需要1.28秒就可以到達月球,和嫦娥一起賞月;太陽是太陽系的中心,我們地球到太陽的距離大約為1.5億公裡,如果是光速行駛的話,也才需要8分20秒我們就可以達到太陽了……

為什麼光速不可超越?

根據愛因斯坦的相對論,應該把空間和時間一起對待,併合稱它們為時空,他還認為時空可以被彎曲或扭曲,而且還統一了質量和能量,認為質量和能量應該放在一起,這兩個是一個物體的兩面,質量裡有能量,能量裡有質量,由此提出了質能方程。

愛因斯坦根據質能方程E=mc^2 推導出了質量效應公式,在這個公式中,對於為什麼光速不能被超越就解釋得非常清楚,這個方程式中m是物體的質量,m0則是物體的靜質量,V為物質運動的速度,C為光速,當m0≠0,則m+∞,當速度越接近於光速時,其質量也就會越大,就會需要無窮的能量來推動,因此任何靜質量不為0的物質是很難達到光速的。

在宇宙中只有光子和膠子是靜止質量為0,理論上只有它們可以達到光速,當然這些主要是針對於物質、信息和能量而言,總的來說如果我們生存的宇宙是有限的,整個宇宙的能量都不夠,因此光速根本不可能被超越。根據愛因斯坦的狹義相對論,光速不可超越,但宇宙之中的有些現象卻是與光速最快的論調相悖。

宇宙膨脹速度科學家們在發現宇宙不斷膨脹的現象之後,認為宇宙膨脹的速度超越了光速。在1927年,物理學家勒梅特從弗裡德曼方程中推導出了宇宙膨脹觀點,到了1929年,天文學家哈勃的發現有力證實了這一猜測,哈勃通過分析宇宙中星系的光譜,結果發現,河外星系的光譜只有極少表現出藍移,大都表現出紅移,根據都卜勒效應,大部分星系正在遠離銀河系運動,提出了哈勃定律。根據哈勃定律(Vf = Hc x D),哈勃常數Hc=67.80±0.77(km/s)/Mpc,通過簡單計算可以發現,宇宙的膨脹導致的退行速度已經超越了光速。

量子糾纏現象在科幻小說《三體》中就曾出現過使用量子糾纏進行超光速通訊的劇情,而量子糾纏也是一種非常奇怪的,無處不在的物理現象,它顛覆了常理。根據量子理論,如果AB兩個粒子互為糾纏狀態,那麼即使是把這兩個粒子放在相距幾百億光年的宇宙兩端,只要A做一個動作,B就會和A做相同的動作,反之亦然,這就是量子的糾纏效應,而量子糾纏裡所體現的速度就超越了光速,也是科學界著名的超光速現象之一。

總結

人類的科技在近一百年以來發展迅速,我們的科學發展速度也一直在提高,在太空探索方面更是日新月異,我們對宇宙的認識也越來越多,但宇宙浩瀚無邊,儘管我們的科技能力一直在提高,但人類目前連太陽系都走不出去,而宇宙中也有好多神秘現象我們無法解答,雖然愛因斯坦在相對論中提出,宇宙中存在的光速是人類目前無法趕超的,但由於我們對宇宙的探索還是不夠深入,也許在未來的某一天,我們會有可能發現比光速要快的速度。

相關焦點

  • 光速是宇宙中最快的速度嗎?有四種速度比光速還要快
    根據愛因斯坦相對論,有質量的物體在宇宙中的速度只能無限接近光速而無法達到,更無法超越。如果物體的速度被限制在了光速以內,那人類能夠探索的星空就非常有限了,我們將永遠不可能探索銀河系,探索整個宇宙。如果是這樣的話,那人類發展太空科技還有什麼意義?那麼光速真的是宇宙中最快的速度嗎?
  • 我們的思想有速度嗎?有沒有可能比光速還要快?
    聲音對於正常人類而言是看不到也摸不到的,它是以聲波的形式存在,既然聲波這種無形無相的事物都有速度,那麼人類最為神秘的意識,也就是我們常說的思想,會不會也具備速度的屬性呢?思想的速度事實上,根據科學家的研究,思想是具有速度的,而且是非常快的!我們知道,宇宙中速度最快的是光,光在真空中的速度是30萬千米/秒。
  • 光的速度最快嗎,這種粒子比光速還快!
    我們從小就知道光的速度是世界上最快的,光的速度可以達到每秒鐘30萬公裡,這是我們目前已知的最快速度。 但是,有一種物質——快子,它的速度比光速快。20世紀美國的幾位物理學家提出了快子學說。他們認為快子的能量和速度是一種反比的關係,它隨著自身能量的不斷消耗而產生無限大的速度。
  • 世界上最快的速度並非就是光速,科學家發現了超光速的物質!
    現在人類文明發展到今天,有很多科學家都希望能夠突破人類速度的極限,到現在有很多交通工具的速度也是越來越快,比如最開始人類研發出來了自行車,後來研發出來的汽車,再後來研發出來的飛機,到現在人類的科技不斷的提高,研究出來的交通工具速度也是越來越快。
  • 光速是速度的「極限」,宇宙中存在比光速還快的現象嗎?
    大家都知道愛因斯坦他提出的相對論,愛因斯坦說任何有質量的物體在移動速度都不可能超過光速,他把這定義為光速的不可超越性,而且是針對有質量的物體,但是我們人類並不甘心,為了研究能夠超越光速的物體,我們人類也是付出了很多努力,但是到目前為止,人類還沒有成功,在我們生存的宇宙當中,究竟有什麼速度能夠超過光速嗎
  • 光速理論上不可超越,那麼神秘的「快子」世界,又該如何理解?
    光速理論上不可超越,那麼神秘的「快子」世界,又該如何理解?相信大家都知道光速是目前人類已知世界裡面的最快速度,傳說中達到光速以後,我們能夠做到很多的事情,例如以一秒鐘的時間繞著地球轉圈圈,甚至在那遼闊的宇宙之中進行隨意的穿梭運作,還有一些科學理論認為,光速能夠讓我們長生不老或者實現時間和空間的永恆。
  • 科學家發現3種速度,人類若實現其一,有可能超越光速!
    目前人類所能達到的速度只能無限制的接近光速,無法超越它,這也就意味著人類會一直被困在地球上,無法找到突破口。科學家經過不懈的努力,終於發現三種不同尋常的速度,如果人類能夠達到,未來命運或將改寫。科學家發現3種速度,人類若實現其一,有可能超越光速!科學家發現有可能超越光速的3種速度首先第一個就是宇宙的膨脹速度。
  • 宇宙中最高的速度真的是光速嗎?還有比光速更快的速度嗎?
    人類一直有一個星際旅行的夢想,可是要想實現星際旅行,最關鍵的因素是速度,人類目前所達到的速度能夠支撐人類進行星際旅行嗎?但是帕克號探測器的快僅僅是相對於人類來說的,如果從宇宙的角度來看,帕克號探測器的速度慢得像蝸牛一樣的,那麼它有多慢呢?
  • 比光速還快的速度有哪些?
    相對論打開了人類的認識視野,讓人類見識到很多新奇的物理現象及規律,比如任何一個參考系中測量到的光速都是一樣的;比如鍾慢效應和尺縮效應;比如物體的運動速度不能達到光速。其中的光速極限可能是被最多的人耳聞的,但是需要注意,相對論並不是不允許超光速,相對論中講的不能達到光速指的是有靜止質量的物體的速度不能達到光速,或者說能量、信息的傳遞速度不能達到光速。
  • 光速速度有多快?如果我們以光速飛行,離開太陽系需要多久呢?
    相信大家都聽說過光速,那你能想像以光速前進嗎。單獨說詞好像很抽象,給大家舉個例子,以光速前進,你可以在一秒鐘內前進三十萬公裡,相當於可以讓地球轉七圈半的距離。在講問題之前,我們先了解一下光速到底有多快?光在完美真空中的行進速度,可以達到每小時10億公裡,以光速來探索太空。
  • 光速這麼快,是如何被人類測出來的?
    來源 | 新浪對這個問題,據目前已發現的文獻記載,對光速的最早研究甚至可以追溯到古希臘時期。我們把今天已知的光速數值代入這個實驗進行計算,可以得出延時只有11微秒,這已經超越了人類反應的極限了。很顯然,伽利略並沒有測出光速,他得到的結論是:就算光速是有限的,它也肯定快得不可思議。而第一個測出一個比較靠譜數據的人,是奧勒·羅默。
  • 宇宙本身膨脹的速度真的比光速還快嗎?
    如果你努力思考,也許你會想像兩倍的那個距離:如果一個發光體在138億年前距離我們138億光年,也許它在加速遠離我們的過程中發光,也許甚至在以接近光速的速度運動。如果發光體從那時起在以299,792千米/秒的速度勻速遠離我們,那麼它的光現在應該剛剛到達,而此時那個發光體本身距離我們276億光年以外。這些全都是推理,但是它有一個不太理想的假設:空間本身是靜態的。
  • 光速並非宇宙之最,有比光速還要快的兩種物體,它們究竟是什麼?
    光速並非宇宙之最,有比光速還要快的兩種物體,它們究竟是什麼?我們的時間在向前推進,並不能說停,也不可以倒流,當我看到別人穿越時空回到過去的時候,那只可以從動漫和科幻電影的電視劇裡出現,現實中沒有並那樣的事,時間和空間實際上是人類無法逃脫的,我們生活在想突破卻無法突破的矛盾體裡面。
  • 光速既然是最快的速度,但為何還能觀測到137億光年外的空間?
    對於無法超越光速的我們,宇宙的邊界就是以我們為中心,空間膨脹達到光速的地方。外面…再沒有信息可以傳遞過來,就如同外面是逆向的黑洞。一個物體與另一個物體的距離是用光年做距離單位,但是兩個距離的時間是同時的,只不過光速也是有時間的,當你發現另外一個天體發光的時候,那已經是很久以前發出來的光。
  • 光速恆定?或許還有比光速更快的速度,人類無法想像
    以前沒有掌握知識的我們總是以為這光其實是沒有速度的。因為在認知之中,有速度的東西是能夠肉眼見到其在移動的。隨著後面我們的長大,掌握的知識越來越多之後也就知道了光其實是有速度的。並且光的速度還是這個世界上最快的,或者說是宇宙之中最快的。人類無法製造出和光速一樣快的裝載機器。人類科學家們對光速世間知識的獲取多了之後,就發現光速似乎是無法超越的,以及光速在真空之中是恆定的。
  • 比光速還快物體,每秒多跑六公裡,已被科學家實驗證實
    我們都知道目前宇宙中最快的速度是光速,平均每秒的速度是30萬公裡左右,如果人類未來準備星際移民或者開展宇宙旅行、探索之旅,那麼首先得到光速人類才有希望進行下一步。那麼,宇宙中是否存在比光速還要快的東西呢?
  • 宇宙中最快的速度光速,它自身動力從何而來?為什麼能一直運行?
    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?
  • 「快子」是什麼?人類為何無法「突破」光速?
    「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。
  • 快子世界中光速十分緩慢,人類運動等於靜止,光速在這裡猶如龜速
    在速度的較量中,光速無疑是最快的,但是隨著科學技術的不斷發展,人們發現宇宙膨脹的速度遠遠超過了光速。很有可能人類在速度的研究上沒有止境,正如分子之下還有質子,質子之下還有量子,探索的深入使人們發現了更多來自宇宙的秘密。
  • 比光速快10億倍的「速子」是如何不與相對論矛盾的?
    隨著宇宙繼續以巨大的速度膨脹,即使是接近光速的速度也可能是不夠的。離我們最近的恆星系統和星系發出的光將努力向我們靠近,它們的存在只能在我們的書籍和電腦程式中看到,這將不得不提醒我們,周圍的天空並不總是看起來那麼空。以光速運動,在兩個星系之間的單向旅行需要數年時間。