宇宙中有超過光速的速度存在嗎?

2020-08-16 星球上的科學

光速被認為是宇宙中的極限速度,任何物體都無法超越光速。但在現實生活當中,宇宙中卻存在著一些超光速的現象,打破了我們科學家們原有的認知。

眾所周知,速度是代表物體運動快慢的一個物理量,從理論上來說,速度應該是無限的。


但在愛因斯坦的相對論中有這樣描述:「一個有質量的物體,它的速度是有限的,速度可以無限地接近光速,但是卻永遠都無法達到光速」。

為什麼光速不可超越?

對於光速不可超越的這一說法來源於愛因斯坦的狹義相對論,在狹義相對論中,任意一個物體的速度只能無限接近光速,無法超越。

也可以理解為,對於有靜止質量的物體來說,不管它的質量是多少,都只能無限接近於光速,但是不可能達到光速。


為什麼會這樣呢?其實這在愛因斯坦的質能方程E=MC²中就有很好的解釋,E表示一個物體所擁有的能量,M代表物體的質量,C代表著光速。從這個方程式中我們可以看出,能量與質量存在著一定的比例關係,質量越大能量也就越大。

反過來,物體的能量越大它的質量也就越大,其中也包括動能。換句話說,如果一個物體要想達到光速,隨著速度越來越接近光速,質量也將會變得巨大。


比如當一艘宇宙飛船以90%的光速飛行,那它此時的質量是飛船相對靜止時的兩倍,這也意味著引擎必須加倍輸出才能使飛船加速前進,因此飛船的速度越高,其能量也就越高,質量也會變得越大,此時飛船內的一切也會變得越來越重,這就是質增效應。

再來看牛頓的速度疊加公式,如果火車以4/5倍的光速運動,而火車上有一個人在以3/5倍光速在車上走,那麼地面上看來:火車上人的速度應該是4/5+3/5,即8/5倍光速,大於光速。


但當火車以接近光速運動的時候,在車上的人自己感覺一切正常,不過從地面上視角來看,發現車上的人移動速度非常慢,所以車上的人在往前走,而在地面看來,根本不是3/5倍光速,而是遠遠比這個速度小很多。

在這個時候,車上的一切物理變化,化學變化等,其實在地面上的人看來都是非常緩慢的,因此地面上的人看火車上的人最終速度應該是等於4/5倍光速加一個遠遠小於8/5倍光速,總速度還是小於光速!


對於光速不可超越,更精確一點來說,是任何有能量和信息的傳遞速度不能夠超過光速。

超過光速的現象。

一、宇宙膨脹速度

根據推測,目前我們宇宙的年齡為138.2億年,而我們可觀測宇宙的半徑達到了460億光年,也就是說在過去的138.2億年中,宇宙至少膨脹了460億光年。


這樣計算的話,在過去的138.2億年中,宇宙膨脹的平均速度至少為光速的3.32倍。也正是由於宇宙的超光速膨脹才使得現在宇宙的可觀測直徑達到了920億光年。

二、量子糾纏

所謂的「量子糾纏」指的是,兩個粒子在互相糾纏的狀態之下,不管這兩個粒子相距的距離是有多麼遙遠,其中的一個粒子做出什麼動作的同時,另一個粒子也會相應的沒有延遲的做相同動作。因此,距離對於這兩個處於互相糾纏的粒子來說根本不是問題,而它們之間的聯繫機制也遠遠的超越了光速。


三、蟲洞理論

蟲洞這個概念最早是在1916年由奧地利的一位物理學家提出來的,又被稱為愛因斯坦—羅森橋,是指宇宙中一種奇特的天體,用來連接宇宙遙遠空間和時間的。

儘管目前沒有什麼證據來證明蟲洞的真實存在,但科學家們預測蟲洞會以時空端點之間的捷徑形式而存在,如同一個時空隧道一樣,可以實現瞬間轉移,甚至還是超越時間和空間的一種通道。


總之,蟲洞可以讓兩個距離相對來說很遠的局部空間瞬間離得很近,這種瞬間是遠遠超過了光速的,然而目前的「蟲洞理論」只是一種假設。

綜上所述,對於這些超光速現象其實並不違背相對論,更準確一點的理解的話,可以說光速最快的速度限制所針對的是物質,而非空間。

所以這與光速不可超越的定義並不違背。但在宇宙中的還有很多現象是我們人類目前所不能理解的,因此只能說目前人類的進步空間還很大。

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