當物體突破光速時,會有類似音障的光障嗎?

2020-12-04 火星科普

在地球上,當物體的速度突破音障時,將會發出巨大聲響的音爆,並有可能在物體周圍形成音爆雲。那麼,是否存在類似於音障的光障呢?當物體突破光速時,又會產生什麼現象呢?

根據狹義相對論,真空光速c是最快的局域速度,物體或者有效信息的傳播速度不可能突破光速,而且有靜質量的物體還不可能達到光速。真空光速可以說是「光障」,沒有物體可以突破,也沒有人知道突破「光障」會產生什麼現象。

不過,在某些情況下,「超光速」是存在的,並且也會產生標誌性的現象,這就是切倫科夫輻射。

光在介質中的傳播速度會放慢,例如,光在水中的速度為真空光速的75%。如果帶電粒子(如電子、質子)在水中的傳播速度超過0.75c,這就會出現突破「光障」的現象,產生光子震波,發出藍色的切倫科夫輻射,這是一種短波電磁輻射。切倫科夫輻射通常出現在核反應堆中,這種現象可以用來研究高速運動的帶電粒子。

需要注意的是,在切倫科夫輻射效應中,帶電粒子所超過的光速是相速度,而不是波前速度。光在介質中傳播時,由於介質中的電子會吸收光子進入更高的能級,然後電子又會輻射出光子,躍遷回原來的能級,這個過程需要經歷一定時間,從而使光在介質中的傳播速度看起來變慢了。事實上,光本身的波前速度是沒有發生變化的。

另外,考慮到空間本身結構的膨脹速度,在空間中的星系相隔超過140億光年之後,它們之間的退行速度會大於光速。這種「超光速」現象所造成的後果是我們永遠也不可能觀測到現在位於140億光年之外的星系,因為它們在超光速遠離而去,無論經過多長的時間,它們發出的都無法走完去往銀河系的路程。

值得強調的是,星系也沒有真的相對於背景空間做超光速運動。因為這種超光速現象是由空間本身結構的膨脹所引起的,而空間膨脹不會受制於狹義相對論。

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  • 有音障也有光障!觀察到的兩個突破光障的現象,都是你熟悉的
    音障我們很熟悉,因為突破音速現在對我們來說已經不是難事,但光障可以說有也可以說沒有,這要分情況。主要是光速能否被突破的問題,答案也是:可以或者不可以!下面就分析下這個問題。如果沒有光速限制會發生什麼?為了防止物體回到過去,從而保持質量能量的局部守恆,保證現實的因果性和局域性,因此宇宙就有個速度極限,而這個速度極限正是光速,也就是說沒有任何東西能比真空中的光速更快。你可能會想這個因果關係跟光速有啥關係?我們舉個例子,如果物體的速度真的可以超過光速會發生什麼?
  • 有趣的「音障」|突破音障會有危險麼?
    (Source|kepuchina)音障(Sound barrier),是一種物理現象。當飛行器的速度接近聲音的速度(約340米每秒,與高度、溫度、氣壓等有關)時,飛行器將會逐漸追上自己發出的聲音。那麼,日常生活中有與音障類似的現象嗎?答案是肯定的,比如你朝平靜的湖面扔一塊石頭,它會產生以同心圓向外運動的水波。如果你駕駛一艘船,你會注意水波在船的前面傳播,水波被船壓迫形成緊密的「波」。
  • 一個人中了幾秒就會死的劇毒,這時他以光速狀態前行,會不會死?
    我覺得問題的關鍵在於臨界值,就像飛行器打破音速,會遇到音障,而在突破了音障之後,來到了一個沒有聲音的世界。因為在相對速度突破音速的情況下,就算你在我的耳邊說話,我也已經把這個聲音甩在後邊了。同理,誰能斷定,當我們的移動速度繼續加速,會不會打破空障?打破時間障?人類的科技認知是在不斷發展的,從認知程度上可以得出我們對一個客觀存在的判斷是否正確。
  • 切倫科夫輻射真的可以超光速嗎?
    最近看到很多關於切倫科夫輻射能夠超光速的言論,那麼它真的可以超光速嗎?首先,我們要明確一點,切倫科夫輻射裡的超光速不是真的超光速,不是真的超過了真空中的光速,而是超過了介質中的光速而已。我們都知道光的速度在真空中的速度最快,進入介質後速度會降低。譬如說,光在玻璃裡只有三分之二的光速,而在水裡只有四分之三的光速。這是因為光是電磁波,還是會和介質分子裡的帶電部分有一點相互作用,因此等效地讓光速降低了。切倫科夫輻射通常發生在核反應堆中。這是為什麼呢?因為我們目前的核反應堆都是用一個大的核裂變成小的核。而主導核裂變的一個主要作用叫β輻射。
  • 當粒子在這種介質中速度超過光速時是什麼概念?長見識了!
    而且光速與運動物體的質量息息相關,物體的質量將隨著速度的增大而增長,當物體的速度無限接近光速時,它的質量將趨於無窮大,而在現實生活中,所以有質量的物體想要達到光速基本是不可能的。但是光速真的是不可超越的嗎?其實不然。在前面我已經提到了,光速是目前宇宙唯一的速度之王,但是有個前提條件,那就是真空環境下,也就是說光速在太空中是無敵的,但是換個環境呢?
  • 戰鬥機突破音障時發出音爆
    昨日下午1時28分,四川著名評書表演藝術家李伯清在微博上發問。同一時間段裡,多名成都市區及郫縣、雙流、溫江網友也發微博稱聽到了巨響,大家紛紛猜測是否發生了爆炸。  25歲的鐘先生家住成都雙流國際機場附近。他稱,巨響來得很突然,大約兩三聲,「轟隆隆的,有點像炸開的雷聲,但比雷聲更沉悶」。另有網友稱,巨響後家中門窗跟著震動,「像地震一樣」。
  • 既然有音爆,那會不會有「光爆」?
    物體運行速度接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振蕩,速度衰減。這一現象被俗稱為音障。突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面,在激波面上聲學能量高度集中。這些能量傳到人們耳朵裡時,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,稱為音爆。
  • 十大奇特音爆瞬間:超音速飛機突破音障
    物體運行速度接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振蕩,速度衰減。這一現象被俗稱為音障(Sound Barrier)。突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面,在激波面上聲學能量高度集中。
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    微博截圖針對11月26日下午成都市多地網友反映聽到不明巨響一事,當晚8點21分,成都市政府新聞辦公室官方微博@成都發布轉發當地媒體文章稱,成飛飛機當天中午飛行時突破音障發出音爆記者此前報導,11月26日下午1點多,包括成都市溫江區、雙流機場、西南交通大學犀浦校區、大邑縣等多地網友稱,聽到巨響,房屋有震動。有網友猜測,巨響與超音速飛機產生音爆有關。事發後,成都市公安局等多個官方微博回應此事稱,巨響與爆炸、地震無關。對於網傳巨響因殲20音爆所致,成飛公司安全保衛部等部門多名工作人員接受記者採訪時,予以否認,稱對具體原因尚不知曉。
  • 什麼是音障?
  • 認為光速最快?已知的三種現象完虐光速,如何解釋?
    這是因為有質量的物體在無限接近光速的時候,它所包含的能量(質量)也將趨於無限大,因此整個宇宙中將有沒有足夠的能量可以將這個質量粒子加速到光速。所以說光速不可超越。更為神奇的是,光子的運動不依賴於任何的參考系,不依賴於任何的觀察者,它相對於任何事物都在以光速運動。
  • 成都多地巨響系飛機突破音障發出音爆
    昨晚8時許,成都市人民政府新聞辦官微通報稱,從成飛公司了解到,昨日中午,成飛公司飛機在成都市西北方向上空進行正常飛行時,突破音障發出音爆。據專家分析,巨響可能與音爆有關。■ 科普飛機音爆足以震碎玻璃物體接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的震蕩,速度衰減,這一現象俗稱音障。突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累,最終形成激波面。在激波面上,聲學能量高度集中。
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    成都市人民政府政務服務中心官方微博證實,成飛公司的飛機在成都市西北方向上空進行正常飛行時,突破音障發出音爆。據專家分析昨日巨響可能與音爆有關。11月26日下午1時28分, 成都市區忽然出現巨響,一時間,來自成都市區西部以及溫江、郫縣、雙流等郊區縣的網友紛紛引發熱議,從昨日下午1時20分至今日上午11時許,新浪微博實時熱搜榜中,「成都爆炸」已上升至第一位,搜索量超613萬。隨後,成都市消防、安監、公安等多個部門均表示,未曾接到相關爆炸等事件報警,成都社會治安平穩。
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    當這根鋼管以1/2c速度遠離你時,你會發現,這根鋼管質量變成100kg了,這就是質量變大效應。但是當你把鋼管又靜止於地面,你會發現鋼管又變回1kg了,這就是效應消失,因為你選擇了與原來相同的參考系不過大家覺得參考系切換回原來,質量就恢復,還有沒有其他辦法使得質量也恢復。那很簡答,你只需要騎著這根鋼管一起走,然後你在鋼管上測量質量,發現也是1kg。為什麼?
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    當這根鋼管以1/2c速度遠離你時,你會發現,這根鋼管質量變成100kg了,這就是質量變大效應。但是當你把鋼管又靜止於地面,你會發現鋼管又變回1kg了,這就是效應消失,因為你選擇了與原來相同的參考系。如此看來,光速只是一串數字,牛頓曾經告訴我們,只要為一個物體提供加速度,就可以一直加速,看起來光速似乎完全可以到達,然而可惜的是,愛因斯坦告訴我們,你超重了,到不了光速(有質量便是「超重」)!
  • 為什麼物體運動速度無法突破光速?蟲洞穿梭真的能實現嗎?
    有人會說是科技,但也有人會說靠得是速度,只要交通工具的速度夠快,走遍地球甚至走出地球都沒有問題.只要速度快,我們可以達到地球甚至宇宙的大部分地方.我們生存在地球上,出現了一個相對極限的速度:音速,如果以這個速度飛行,環遊世界不超過兩天.在過去科學家們認為突破音速遙遙無期,然而現在戰鬥機的速度就已經能夠實現超音速飛行,音速飛行不再是限制.