光速並不是宇宙中最快的速度,光速不變原理的限定是什麼?

2020-12-03 科學新視界

現在人們都知道光速不變原理,都知道不管在任何情況下測定光速,它都是恆定不變的。但是在麥可遜-莫雷實驗之前卻並不是這樣認為的。那時的物理學家們普遍都認為光是在一種名為「以太」的介質中傳播的,還曾費盡心思地去尋找以太在宇宙中存在的證據,但是都無功而返了。

直到1887年,在這一年麥可遜和莫雷為了驗證以太的存在,他們決定通過實驗來測量地球在以太中運行的速度,這就是著名的麥可遜莫雷實驗。但是結果卻出乎了所有人的意料。

麥可遜莫雷實驗

當時幾乎所有的物理學家都盲目的相信著以太學說,他們都認為光在以太中傳播,也遵循著伽利略的速度疊加原理,他們猜測麥可遜與莫雷應該會測出兩個不同的光速出來,然而實驗結果一出,舉世皆驚。結果竟然表明光在不同的慣性系和不同方向上的的速度都是一致的,光速不變原理初見端倪。

光速不變

然後,偉人愛因斯坦出現了,他在自己的狹義相對論裡論述了光速不變原理,其實這個原理受麥可遜莫雷實驗的影響很深。愛因斯坦指出,任何有禁止質量的物體在加速過程中其自身的質量都會增加,速度越快,質量就變得越大。這意味著如果將一個有禁止質量的物體加速到光速,就需要無限大的能量。因此愛因斯坦斷言,光速是我們宇宙中的極限速度,並且不可超越。

麥可遜(左二)

於是到了現在,普通人都知道了光速不變原理,但是我們常常掛在嘴邊的光速不變原理其實是不全面的。事實上愛因斯坦指出的光速不了超越是限定了條件的,物質的運動才不可超越光速。而宇宙空間的膨脹速度與量子糾纏的感應速度都是超越光速的,但是這兩個超光速行為並沒有違背相對論。

量子糾纏

宇宙的膨脹在本質上是空間的膨脹,這一過程中並沒有涉及到物質的運動與信息的傳遞。至於量子糾纏也僅僅是指兩個糾纏粒子之間的感應速度,也沒有涉及物質的運動與信息的傳遞,因此相對論之所以偉大還是有道理的。

宇宙大爆炸

所以說到這裡,光速不可被超越的精髓大家應該能夠理解了。它特指任何有靜止質量的物體,對於光子而言,由於它並不受希格斯場的影響,因此光子的質量是0,所以光子的速度是光速。相對論的光速限制只針對物質而不針對空間本生,因此光速只是物質和信息傳遞的極限速度,而不是空間的膨脹速度與量子糾纏的感應速度。

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