愛因斯坦說:物質傳播最快速度是光速,為什麼還存在超光速現象?

2021-01-09 薛丁格的科學

超光速實際上是可以的,宇宙中存在著許多超光速的現象。那為什麼還會有個光速限定,又有什麼是超光速的呢?

今天,我們就來聊一聊這個話題。

狹義相對論

實際上,光速針對信息、能量、物質傳遞而言的。這是上個世紀初才建立起來的觀念。在在此之前,科學家並不這麼認為。

這些其實需要從高中物理中的「參考系」說起。在高中物理學課上,老師會告訴你要研究運動時,需要先選定一個參考系。比如,我們以地面為參考系,地面上有個小車,小車上面有個人,這個時候車的速度是20m/s,而車上的人沿著車的運動方向運動,速度是5m/s。如果地面上有個觀測者,那在他眼裡,人的速度就是20+5=25m/s。

這其實很符合我們的觀念,這其實也是牛頓理論下的一個很具體的展現。

這一切看起來都特別合理。但是後來,科學家開始著手研究電和磁的現象。最後由麥克斯韋提出的麥克斯韋方程統一了電和磁,並且麥克斯韋還預言了電磁波的存在,可見光就是電磁波中的一種。

這之後,赫茲通過實驗證明了麥克斯韋的理論是正確的。

麥克斯韋理論是可以推導出電磁波,或者說是光的速度,這個速度表達是c=1/ε0μ0。其中ε0μ0都是常數,因此光速c就是個常數。

這意味著光速是不需要參考系的,在任何慣性參考下都是一個速度。那就和牛頓理論是相互矛盾的了。

這兩位物理學界大神的理論都無比正確,都做出了非常傑出的預言。科學家直接判定誰對誰錯都會遭來強烈的反對。於是,許多科學家就想尋找「光的參考系」,這個參考系被他們命名為以太。一群實驗物理學通過各種方式去尋找以太。結果呢?

他們發現這個東西壓根就不可能存在。所以,實際上科學家的這種「委屈求全」是有問題的。

後來,愛因斯坦直接甩掉了「以太」這個包袱,直接以光速不變原理為基礎,加上相對性原理,推導出了相對論。

相對論質量

通過這兩條基本假設,我們就可以推導出物體隨著運動速度的變化,質量也會發生變化,可以用下面的方程來描述。

根據這個方程,我們就發現,隨著速度的增加,物體的質量也增加。而當速度無限逼近光速時,質量變得十分巨大。同時,我們可以根據動能定律來推導,如果給物體加速所需要的能量。

根據這個方程,我們就會知道,想要讓物體達到光速,就需要無限多的能量,而此時的質量也是無限大的。但是上哪弄到這麼多的能量?畢竟傾盡宇宙中所有的能量都無法做到。因此,我們說,對於物質、信息、能量的傳遞而言,速度的極限就是光速。

超光速

我們要知道是,宇宙中不僅僅只有物質、信息和能量。實際上,還存在著許許多多的其他東西,比如:時間,空間等等。那有沒有超光速現象呢?

答案是:有。宇宙空間的膨脹就是超光速的。

如果以我們地球為參考系,距離我們足夠遠的天體遠離我們的速度是超光速的,但實際上並不是它們在運動,而是宇宙的空間在膨脹。

不僅是如今的宇宙是這樣,在宇宙的早期,發生過一次暴脹。這一次宇宙的空間劇烈膨脹,如果我們當時的宇宙看成只有一粒沙子那麼大,那這個宇宙相當於從「沙子」瞬間膨脹到「可觀測宇宙」那麼大,再把它再看成是一粒「沙子」再膨脹到「可觀測宇宙」那麼大,要知道可觀測宇宙可是930億光年的。宇宙就是在那一瞬間變大到原來的10^30倍。這個膨脹的速度是遠遠超過光速的。

除了宇宙膨脹,還有一個超光速事件就是量子糾纏。很多人都認為它違背了相對論,實際上並沒有。我們還說回到相對論的限定對象就是物質、信息和能量。量子糾纏實際上是沒有辦法傳遞信息的,而是用來加密的。

為什麼這麼說呢?

量子糾纏是指兩個粒子的狀態會相互影響。但是這裡我們要知道的一件事,實際上這粒子應該是處於疊加態的。當一個粒子坍縮之後,另外一個也就定下來。但是我們再去操作已經坍縮的粒子,另外一個粒子是不會發生任何改變的。因此,我們沒辦法用量子糾纏來實現信息的傳遞。所以,量子糾纏其實並不違反相對論。

相關焦點

  • 愛因斯坦明明說宇宙最快速度是光速,為什麼宇宙可以超光速膨脹?
    而《廣義相對論》的場方程是描繪了宇宙膨脹,才有了後來宇宙膨脹速度超過光速,所以一切的種種都是由於「光速不變原理」的這個假設,如果沒有這個假設,也就沒有後來一大堆反常識的結論,也就不存在那麼多矛盾。麥克斯韋光速不變原理並非愛因斯坦胡編亂造,這還要從另外一個人說起。
  • 為什麼光速是宇宙最快速度?超光速會有什麼後果?
    光速不但非常快,而且還被認為是宇宙的速度上限。那麼,為什麼說光速是宇宙中最快的速度呢?這一切都要從光速不變原理說起。麥克斯韋發現了一個很特殊的光速公式:上述公式右側的兩個參數都是恆定的常數,這意味著光速也是恆定的大小。
  • 根據相對論,光速是信息傳遞的最快速度,但這些速度比光速還快!
    愛因斯坦的相對論但是這個理論在高速狀態下,尤其是接近於光速的情況下就開始失效了,或者說誤差會變得十分巨大。在19世紀中葉,麥克斯韋在提出著名的麥克斯韋方程時,從這個方程就可以推導出光速,這光速對應的是一個固定值。也就是說,光速不會受到參考系的影響。
  • 力的傳播速度遠超光速?
    這裡所說的光速實際並非光傳播的速度,而是一個固定數,實際光的傳播速度要略小於物理學中光速。     但是還有很多人提出各種各樣超光速的猜想,例如引力超光速,眼光超光速,光速加光速超光速等等形形色色各種的猜想。這類猜想已經在全世界範圍持續了將近一個世紀,但是至今我們沒有發現一種猜想能超光速的。
  • 愛因斯坦錯了嗎?十大超光速現象真實存在,推翻愛因斯坦的相對論
    時間是檢驗一切的標準,隨著時間的推移,最終愛因斯坦成功了,他的相對論通過天文現象檢驗為正確。我們說時間是檢驗一切的標準,與此同時時間也是改變一切的魔法師。世間上幾乎沒有一成不變的事物,也沒有一成不變的真理。愛因斯坦的狹義相對論提出「所有物體的速度都不可能超越光速」這一理論,真的是正確的嗎?接下來我們來看看這十種打破相對論的現象。
  • 愛因斯坦錯了嗎?十大超光速現象真實存在,推翻愛因斯坦的相對論
    愛因斯坦的狹義相對論提出「所有物體的速度都不可能超越光速」這一理論,真的是正確的嗎?接下來我們來看看這十種打破相對論的現象。這種遠超光速甚至無視時間的現象,科學界至今無解。第七種:超光速引力波由於有物質的存在,物質和時間(時空)會發生彎曲,時空彎曲的是質量(能量)造成的結果
  • 醒醒吧,還認為宇宙中光速是最快速度?還有三種速度遠超光速
    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度,它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達,例如測量從地球到月球的距離,就需要行走384401公裡,而用光速行走,只需要2.5秒,可見,在浩瀚無際的宇宙之中,倘若人們掌握擁有光速的飛行器,前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。但你知道嗎?其實光速在某種程度上並不是最快的速度,還有其他三種速度要遠遠超過它的均速。
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    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度,它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達,例如測量從地球到月球的距離,就需要行走384401公裡,而用光速行走,只需要2.5秒,可見,在浩瀚無際的宇宙之中,倘若人們掌握擁有光速的飛行器,前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。但你知道嗎?其實光速在某種程度上並不是最快的速度,還有其他三種速度要遠遠超過它的均速。
  • 醒醒吧,還認為宇宙中光速是最快速度?還有三種速度遠超光速!
    光速是科學家們目前發現自然界物體最快速度,它被用來表示許多距離人類萬分遙遠的事物的最快能核實抵達,例如測量從地球到月球的距離,就需要行走384401公裡,而用光速行走,只需要2.5秒,可見,在浩瀚無際的宇宙之中,倘若人們掌握擁有光速的飛行器,前往任意星球、自由探索宇宙奧秘將不再是夢想。
  • 愛因斯坦錯了?光速不是最快速度,這3個速度或超光速!
    除此之外它還是宇宙中最快的速度,有人說正是因為光速限制了人類飛出太陽系,可是愛因斯坦的相對論,光速的速度是一定的,並不會因為周圍的事物而改變,這讓很多人不禁懷疑,光速難道是宇宙中最快速度嗎?沒有其它速度可以超越嗎?愛因斯坦曾經說過宇宙中最快的速度,但是科學家研究多年後,他們認為光速或不是宇宙最快的速度,這3種速度都比光速快。
  • 愛因斯坦光速最快理論被打破,它的速度竟比光速快3倍!
    在相對論中,愛因斯坦認為,宇宙中最快的速度就是光速,任何物體都不可能比光速還要快,人類想要達到光速也是不可能的可是,關於愛因斯坦的光速最快理論,卻一直有不少科學家質疑,同時,科學家也一直在尋找超光速存在的事物,前段時間,終於傳來了新的發現。
  • 愛因斯坦提出光速是物質運動最高速,那還有比光速更快的速度嗎?
    愛因斯坦相對論中的確把光速的大小確定為物體運動不可超越的速度。下面來詳細談談。一,光速不變原理光速不可超越指的是靜止質量不為0的物體運動速度,或者說是傳遞有效信息或能量的速度不能超越光速。這個結論不光來自於大量的實踐觀測,也來自於一個叫做「光速不變」的原理,這是狹義相對論的基本原理之一。
  • 宇宙中存在超「光速」現象嗎?
    宇宙中確實存在超光速現象,關鍵在於大家對超光速現象的理解。●回答這個問題之前,先弄明白光速的概念。顧名思義,光速就是光的傳播速度。值得注意的是,光的傳播雖然不需要介質,但光在不同介質中的傳播速度並不同。
  • 為什麼光速被認為是宇宙最快速度?一旦超光速,世界有什麼變化?
    人類一直有一個星際旅行夢想,要實現星際旅行夢想最重要的速度,可是目前人類最快的速度才72萬公裡每小時(帕克號探測器的最高速度),距離星際旅行的夢想還很遙遠,為什麼這麼說呢?星際旅行是人類的夢想不過什麼事情都需要一步一步的來,人類如果要想實現星際旅行,最重要的一個目標就是突破光速,可是光速已經被認為是宇宙中最快的速度了,人類根本無法突破,人類無法突破光速,那麼星際旅行就無從談起,不過對於光速是否真的是宇宙最快的速度是存在爭議的,為什麼這麼說呢?
  • 愛因斯坦又錯了!光速並非不可超越,這些速度就比光速快!
    根據愛因斯坦相對論的描述,光在真空中的速度是恆定的,並不會因為參照物的改變而改變,雖然這與我們所認知的靜電力學相悖,但卻是已經被證明了的事實。而且愛因斯坦還推測,光速是宇宙中最快的速度。甚至有科學家曾說:光在宇宙中像蝸牛一樣爬行!於是便有科學家猜測,光速真的是宇宙最快的速度嗎?雖然愛因斯坦相對論中描述光速是宇宙中最快的速度,但根據現代科學家們的研究,還是有一些速度能夠超過光速的!
  • 愛因斯坦說光速是宇宙中最快的,為何有人認為引力波超光速?
    我們都知道光速是宇宙中最快的速度,在愛因斯坦的相對論中,愛因斯坦曾經多次提及不可能存在比光速還要快的物體,根據實驗,光的速度約為30萬公裡/秒,不過即使人類日後可以實現光速飛行,也沒有辦法真正的去往宇宙中任何一個地方。
  • 還認為宇宙中光速最快?醒醒吧,這四個速度遠超光速
    你知道人類現在所創造的最快速度是多少嗎?在大型強子對撞機中我們已經將質子加速到了299,792,455米/秒,跟真空中的光速比起來只差了0.000001%,可以說十分接近光速。那為什麼宇宙就是不讓質量粒子超光速呢?其實很簡單,我一開始就說了,宇宙有因果律,如果物質可以超光速,那麼整個宇宙就完全亂套了,而且也會分崩離析。
  • 還認為宇宙中光速最快?醒醒吧,這四個速度遠超光速
    要想讓它達到光速,就需要無限的能量,由於可觀測宇宙是有限的,也就是我們可以獲得的能量是有限的,因此我們無法把一個有質量的粒子加速到光速。你知道人類現在所創造的最快速度是多少嗎?那為什麼宇宙就是不讓質量粒子超光速呢?其實很簡單,我一開始就說了,宇宙有因果律,如果物質可以超光速,那麼整個宇宙就完全亂套了,而且也會分崩離析。
  • 還認為宇宙中光速最快,醒醒吧,這四個速度遠超光速
    這個時候,粒子所包含的總能量也會變得無限大,因此我們常會說無限接近光速的物質其質量將會無限大。你知道人類現在所創造的最快速度是多少嗎?在大型強子對撞機中我們已經將質子加速到了299,792,455米/秒,跟真空中的光速比起來只差了0.000001%,可以說十分接近光速。
  • 科普:有4種宇宙現象的傳播速度比光速還快,你知道嗎?
    (光的粒子,稱為光子,以光速傳播是因為它們沒有質量。)自愛因斯坦以來,物理學家們發現某些實體可以達到超光速(即「超光速」)的速度,並且仍然遵循狹義相對論所規定的宇宙規則。雖然這些並不能證明愛因斯坦的理論,但卻讓我們洞察到光和量子領域的奇特行為。光爆---光傳播中也存在類似於音爆的現象當物體的傳播速度超過聲速時,它們就會產生音爆。