每秒30萬公裡!不需要加速的光子,飛行的動力從哪來?

2020-09-23 宇宙觀察

大爆炸瞬間誕生的一系列宇宙規律中,真空光速是最「直觀」的

299792458 m/s的真空光速,為了便於記憶一般被普及成「每秒三十萬公裡」,這個速度既是信息傳遞速度的上限,也是「靜止質量不為零」的物體,永遠無法達到的速度。

不考慮引力波的話,目前為止只有光子能以光速運動,不需要加速過程,也不需要任何動力的光速運動。

而其他包括中微子在內的基本粒子們都只能以亞光速飛行,並在質速關係的「監控」下永遠與光速無緣。

光子為什麼可以跳過加速過程直接達到光速,又永不減速呢?

在1905年出世的《狹義相對論》裡,愛因斯坦提出了大名鼎鼎的質能方程,後來的原子彈只不過是質能方程的「副產品」,該方程真正的偉大之處在於揭露了質量和能量的關係。

在愛因斯坦看來,質量和能量是緊密相關且互相轉化的

質能方程E=MC²裡,E是物體的能量,M是物體的質量,C是真空光速,由方程反推可得任何一克物質都擁有90萬億焦耳能量(約等於2500萬度電),這也是為什麼核彈能擁有巨大威力的直接原因。

對擁有質量的物體來說,加速過程是需要能量來維持的,但在質速關係指明「質量會隨著速度增加而增加」的情況下,初始質量再微小的粒子,在達到光速之前自身質量也會膨脹成無限大,相應就需要無限多的能量來進一步向光速逼近,但可惜宇宙中不存在無限多的能量。

光子之所以具備光速,是因為「單光子」在靜止狀態下是不擁有質量的。

但質量來自於何處,為何光子如此特殊?

用物理視角向微觀逼近,我們會看到分子和原子,原子和原子核,原子核與核外電子,以及構成原子核的質子中子,再進一步分割的話,就是構成質子中子的夸克了。

以上這些形形色色的「微粒」,已經被物理學家用三大基本力做成的框架,約束在「粒子物理學標準模型理論」中了,而質量本身則來源於「靜止質量不為零的粒子」與「希格斯場」的相互作用

希格斯場大體上可以被看成一個遍布全宇宙的「阻力場」,絕大部分粒子的質量就是來自於受到「阻力」後的減速。

誕生於電子能級躍遷過程中的光子,本質上來說是一種純能量,或者說是電磁波的一部分,生來不具備靜止質量的它無法與希格斯場發生相互作用,也不受質能方程的約束,它只會忠實的保持著自己的初始速度,除了在進入不同介質時發生變化外,其他任何時候都是每秒三十萬公裡。

對人類以及宇宙中每個智慧文明來說,光速都是一堵牆

因為不論是今天的化學動力火箭,還是未來的核聚變飛船甚至是反物質飛船,它們的推進方式都離不開反作用力,區別只在於是否攜帶工質而已。

離不開反作用力,意味著再高明的推進方式也還是會受到質能方程的影響,因此在不考慮時空特性的情況下,光速對每個智慧文明來說都是無法達到的速度。

而如果一個文明連光速都達不到,它的擴張範圍就將被局限在臨近恆星系,一旦耗盡周邊恆星系的資源,文明便會消亡。

雖然廣義相對論成功預言了「時空彎曲」,並且還為蟲洞技術以及曲率驅動技術提供了理論支撐,但事實並沒有那麼簡單。

蟲洞本質上是對時空特性的最大程度應用,但在目前的理論中只有大質量天體才能通過引力扭曲時空,黑洞算是現在科學界發現的時空扭曲到極致的產物了,但它並未和蟲設想中的蟲洞一樣,「打通」兩個不同的時空區域,所以單就時空扭曲的程度來看,蟲洞是遠勝於黑洞的。

人類從何處取得足夠的質量來扭曲時空,又如何將時空扭曲並連接,確保「通道」的穩定?

科學界給出的答案是「奇異物質」或者說「負質量」,這種假象中的物質可以產生「外力」來抵消引力,保證蟲洞結構的穩定,並讓「普通物質構成的人類」活著穿過蟲洞。

而比蟲洞更靈活的曲率驅動技術,目前尚無足夠的理論支撐,而且「曲率驅動飛船」究竟是無限接近光速的飛船,還是「包裹在曲速泡」中的超光速飛船,科學界目前也沒有準確答案。

其實比起如何超光速的五花八門,如何解決高速運動中的時間膨脹,才是更有意義也更本質的問題、

如果時間膨脹效應沒有一個好的解決方案,那未來的太空探索將是一場不折不扣的「單程票」,因為時間膨脹意味著,選擇以光速或者近光速遨遊宇宙,就得放棄人類世界的一切。

駕駛光速飛船旅行者們,一定是宇宙中最孤獨的存在

相關焦點

  • 每秒30萬公裡,無需加速過程,光子光速飛行的動力是啥?
    在大爆炸瞬間誕生的一系列宇宙規律中,真空光速是最「直觀」的 299792458 m/s的真空光速,為了便於記憶一般被普及成「每秒三十萬公裡
  • 光速每秒30萬公裡,它的動力來源是什麼?需要加速嗎?
    從牛頓力學三定律我們可以了解到,宇宙中的物體在不受力的狀態下可以保持靜止或者勻速直線運動這兩種狀態,如果要想改變一個物體的運動狀態,讓它加速運動或者減速運動,那麼必須要給他提供力的支持,有力才有加速度,速度才會變化。
  • 30萬公裡每秒的光速,它的動力來源是什麼?需要加速嗎?
    從牛頓力學三定律我們可以了解到,宇宙中的物體在不受力的狀態下可以保持靜止或者勻速直線運動這兩種狀態,如果要想改變一個物體的運動狀態,讓它加速運動或者減速運動,那麼必須要給他提供力的支持,有力才有加速度,速度才會變化。
  • 30萬公裡每秒的光速,它的動力來源是什麼?需要加速嗎?
    從牛頓力學三定律我們可以了解到,宇宙中的物體在不受力的狀態下可以保持靜止或者勻速直線運動這兩種狀態,如果要想改變一個物體的運動狀態,讓它加速運動或者減速運動,那麼必須要給他提供力的支持,有力才有加速度,速度才會變化。
  • 光子若以每秒30萬公裡的速度飛行,它的能量從何而來?
    自從科學家測量出光以每秒30萬公裡的速度傳播,似乎世界上所有的科學家都以為,光子在以每秒30萬公裡的速度飛行,似乎世人也都相信科學家的這一論斷,就象基督徒都虔誠地相信上帝一定存在一樣。殊不知,他們忘了一個最簡單基本的事實是,這麼微小的光子哪來這麼大的能量,每分每秒奔跑不休,毫不疲勞,絕不減速。
  • 光既然可以30萬公裡每秒,那麼它的動力從哪來?
    在經典物理學中大家都知道,要想讓一個物體獲得速度就需要給它提供能量,這個能量可以轉換為物體運動的動能。因此也就有人有疑問,真空中光速30萬公裡,那麼它的動力是哪裡來的哪?光應該是宇宙中最常見也是最神秘的存在了,最開始大部分人都認為光是瞬時作用的,就是沒有速度的概念,無論傳播到多遠的距離不需要消耗時間。這種印象也很符合我們的認知,因為只要光一出現瞬間就可以填滿小黑屋。當然我們現在知道這都是由於光速太大的原因,光速一秒鐘可以繞地球七圈半,你認為僅僅生活在地球上某個國家、某個城市、某個街道、某個小區的我們可以感受到這種時間差嗎?
  • 光速每秒30萬公裡,動力源在哪?
    不考慮空間的加速方法,光速確實是一個正確的答案。根據相對論,100噸的太空飛行器加速到99.999%光速,需要兆瓦級發電站日夜工作1.28億年,如果到達光速,太空飛行器質量變為無窮大、需要的能源也變為無窮大,就算是1個粒子,只要存在質量,到達光速就會變為無窮大的質量。到達光速需要如此巨大的能量,為何光可以直接到達光速?
  • 光每秒能跑30萬公裡,它的動力來自哪兒?
    像光子這種沒有靜止質量的東西,一生下來就只能以光速運動,更不需要外力來維持。 光和光速 光本質上就是電磁波,具有波粒二象性,既可以看作粒子,又可以看作波。狹義上的光是指可見光,僅佔電磁波譜上很小的一段,而廣義上的光包括紅外光、紫外光、可見光、X光等。
  • 光每秒能跑30萬公裡,它的動力來自哪兒?
    像光子這種沒有靜止質量的東西,一生下來就只能以光速運動,更不需要外力來維持。光和光速光本質上就是電磁波,具有波粒二象性,既可以看作粒子,又可以看作波。在19世紀,法國物理學家菲索發明了一套旋轉齒輪裝置,並用該裝置測出光速為31.5萬公裡每秒,這已經比較接近現代測量值了。而光速的精確測量,則是麥克斯韋方程提出之後的事了。科學研究表明,真空中的光速是宇宙中最快的速度,每秒鐘能夠跑30萬千米,精確值為299792458米每秒。通常我們所說的光速就是指真空中的光速。
  • 光的速度達到了每秒30萬公裡,那它的動力來自何處?
    大家都知道像光子這種沒有靜止質量的東西,它一出生就只能以光速運動,而且還不需要用外力來維持。光和光速光本質上就是電磁波,具有波粒二象性,既可以看作粒子,又可以看作波。狹義上的光是指可見光,僅佔電磁波譜上很小的一段,而廣義上的光包括紅外光、紫外光、可見光、X光等。
  • 光既然能夠每秒30萬公裡,那它的動力是啥呢?
    光在生活中隨處可見,當我們打開燈的時候,光可以瞬間充滿整個房間,所以早前許多人認為,光不論傳播多遠都不需要時間,它就是一種瞬時作用。早前由於技術不發達,而這樣的說法也符合光表現出來的性質。在歷史上有許多科學家都對光進行了研究,他們始終認為光是有速度的,只是常規手段根本測不出來。
  • 光子靠什麼動力,可以迅速達到光速?
    例如科學家就曾做過模型對太陽內部的核聚變反應速率進行估算,每秒鐘大約有6億噸氫核發生聚變反應,最後可以生成5.95億噸的氦,那麼這個過程中有500萬噸的質量損失了,它們變成了能量,以光和熱的形式惠及了整個太陽系。光子沒有壽命,也可以說它是永恆存在的,只能被吸收和釋放,否則它們就會一直在深空中飛行直到永恆。
  • 30萬公裡每秒,如果能達到這個速度會發生什麼事?
    不過不是說經典物理不對,在日常生活中其實都是經典物理學可以解決的,不過部分科學家們接觸到的實驗,涉及到的速度可能要遠超日常的情況,所以經典物理就不適用了。大家都知道光速是30萬公裡每秒,精確值則是299792.458公裡每秒。而目前人類製造的物品所達到的速度完全比不上光速。
  • 一光年到底有多長,光每秒30萬公裡,一年能飛出太陽系嗎?
    根據愛因斯坦相對論光的速度是我們宇宙的極限速度,任何有質量的物體都不可能超過光速,光一秒所走的路程是2億99792458米,約每秒30萬千米。而光年即在一儒略年的時間裡,光子自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠的地方所走的距離,一個儒略年是365.25日,這就是光年的定義。一光年等於9460730472580800米。北京到上海的直線距離大約是1088千米,光每秒30萬千米。
  • 光速每秒是多少公裡,它的動力來源於哪裡?科學家給出了猜想
    光速每秒是多少公裡,它的動力來源於哪裡?科學家給出了猜想引言:我們現在知道宇宙中最快的速度就是光速,光速人類經過很多年的測試來判斷出來的,而且光速也是非常快的,根據科學家的計算,我們能夠得出光速大約是每秒30萬公裡的速度,這個速度對於人類來說已經是天文速度了,畢竟我們人類的速度連光速的十分之一都沒有辦法達到,那麼有很多人提出一個問題,就是光速的動力是來源於哪裡?
  • 光可以每秒跑30萬公裡,那它的動力是什麼呢?
    在經典物理學中大家都知道,要想讓一個物體獲得速度就需要給它提供能量,這個能量可以轉換為物體運動的動能。因此也就有人會問,真空中光速30萬公裡,那麼它的動力是從哪裡來的呢?光應該是宇宙中最常見也是最神秘的存在了,最開始大部分人都認為光是瞬時作用的,就是沒有速度的概念,無論傳播到多遠的距離不需要消耗時間
  • 光速為什麼是30萬公裡每秒?這是怎麼算出來的?
    光速所指的就是光傳播的速度,它也是目前科學家公認的極限速度,也就是30萬公裡每秒。人類沒有發現比光傳播速度更快的物質,所以光速也被視為是宇宙極限速度。那麼問題出現了。光速為什麼是30萬公裡每秒,這個數字是怎麼計算出來的呢?
  • 既然光能夠達到每秒30萬公裡的速度,為何人被它撞到卻沒有感覺?
    其實這就像是天空當中飛行的一隻小鳥,遇到了高速航行的飛機,小鳥也能將飛機撞出一個窟窿,然而光速每秒能達到30萬公裡的速度,既然光能達到每秒30萬公裡的速度,為何人被他撞倒卻沒有感覺?比如說我們看的時候都比較喜歡曬太陽,為什麼我們沒有受傷反而感覺很暖和呢?下面小編就和大家分享一下。
  • 光速達到了每秒30萬公裡,那它的動力是什麼?
    那麼,在物理學當中,有一個東西是絕對的,那就是光在真空中的速度近似等於30萬公裡/秒。那光為什麼會這樣擁有這樣的速度?它的動力到底是什麼呢?其實,答案很簡單,光不需要動力,基本粒子天生就擁有光速,而光沒有靜止質量,它沒有被希格斯場所減速,而其他基本粒子因為擁有靜止質量,因此被希格斯場所減速,所以達不到光速。那具體是咋回事呢?
  • 光速達到了每秒30萬公裡,那它的動力是什麼?
    那麼,在物理學當中,有一個東西是絕對的,那就是光在真空中的速度近似等於30萬公裡/秒。那光為什麼會這樣擁有這樣的速度?它的動力到底是什麼呢?其實,答案很簡單,光不需要動力其中質子是帶正電,中子是不帶電的。可是你想過沒有,原子核內有那麼多質子, 不應該因為同種電荷相排斥而被彈開嗎?其次,科學家還通過轟擊質子和中子的實驗發現,質子和中子也應該還可以再分更小的粒子。這種粒子後來被稱為夸克。