如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?

2020-12-03 星辰大海路上的種花家

光速不可超越似乎是我們這個宇宙的初始設定時的一項重要參數,因為到現在為止關於速度的一切發現,光速都是天花板,宏觀物體我們沒有能力加速到光速,但對於微觀粒子,可以加速到99.999999%的光速,但始終距離光速有一步之遙!

大家印象最深的星戰中的超光速,但其實超光速不是這樣

光速不可超越,不僅無法超越,甚至連達到都不能,而接近都那麼困難!

為什麼光速不可超越?

我們現在知道光速大約30萬千米/秒,這速度實在是太快了,這導致了測量技術與手段缺乏的古代,認為光速是無窮大的,因為從現實中觀察到的光速都不要時間!

第一個測量光速的科學家是伽利略,很可惜他用兩個燈籠打開的方式很明顯無法測量出光速,第一個用科學方法測量光速的是丹麥天文學家羅默,1676年木星衛星食的延遲原因的推測上他認為是光速有限速度所致,並且測量出光速大約是22萬千米/秒。

準確測量光速的大神是傅科,他用齒輪法準確的測出了光速,而且一直到現在,這個光速的精度仍然是很高。1950年路易斯·艾森用諧振腔所得出的光速值為299792.5±1 km/s,1972年美國科羅拉多州波德的國家標準技術研究所利用雷射幹涉法測定光速,得出c = 299792456.2±1.1 m/s

傅科測量光速原理圖

1983年的第17屆國際計量大會將1299792458秒內光在真空中所運行的距離定義為1米,因此光速已經被固定,而更精確的米才是要測量對象。

從麥克斯韋到愛因斯坦

麥克斯韋方程組中可以推導出光速是一個恆定值,所以光速也是可以被算出來的,而在以太漂移實驗中的零結果,洛侖茲解釋為運動方向上長度減少所致,但仍然堅持以太,結果十幾年後愛因斯坦直接拋棄了以太概念拿出了狹義相對論,洛侖茲腸子都悔青了!緊接著質能方程也推導出來!

麥可遜-莫雷測試裝置示意圖

其中參考了洛侖茲的長度縮短和時間增加等洛侖茲變換的概念,但拋棄了以太,愛因斯坦也說如果他沒有推出狹義相對論,那麼其他人(十有八九是洛侖茲)也會在5-10年內搞定狹相!

光速無法達到,這是狹義相對論中推導出來的結果,而所有實驗指向都同樣如此,一個質增效應就會讓所有在速度上的努力付諸東流,這就歐洲粒子中心無論怎麼加速,都不可能讓質子束達到光速,而只能無限接近光速的原因,至於有多接近,那麼就看人類的加速器規模了!

劉慈欣的《朝聞道》中有一個有趣的設定,即人類製造了換赤道的加速器,卻被超級文明沒收了,被告知是加速器能量超過了宇宙大爆炸的能量級別,會導致宇宙進入不可逆的真空衰變,挺有意思,各位可以了解下!

宇宙中的超越光速的現象

儘管說光速不可超越,但事實上宇宙中存在很多超光速現象,比如德布羅意波就是超光速的,還有你打著雷射筆,迅速划過天際,那個軌跡也同樣超光速了,那麼是否表示宇宙中光速可以超越,愛因斯坦的相對論錯了嗎?

紅點以相速度運動,綠點以群速度運動。紅點從左向右運動的過程中兩次跨過綠點,相速約略為群速度2倍

信息傳遞不可超過光速,所以德布羅意波的相波超光速並不違反這個設定,所以下面來看看那些超越光速甚至還能被觀測到的現象,到底有哪些!

切倫科夫輻射

這是介質中的粒子超越光速所輻射的電磁輻射,這是1934年,蘇聯物理學家切連科夫發現的。1937年,另兩名蘇聯物理學家弗蘭克和塔姆成功地解釋了切連科夫輻射的成因。1958年,三人因此共同獲得了諾貝爾物理學獎。

因為光在水中的速度只有真空中的75%,所以我們所說的光速不變必須要加一個前提,也就是真空中光速不變,那些核反應堆中的帶電粒子超過水中的光速時,散發出的類似於超音速飛行時音爆,當然只能做個比喻!

宇宙膨脹超過光速

這是從弗裡德曼和勒梅特愛因斯坦廣相中推導出來,後被哈勃觀測證實的宇宙膨脹,經過現代多種手段測定後當前採用的膨脹速度是67.15千米/秒·百萬秒差距,按這個速度推算,宇宙大約在145億光年外膨脹超過光速。

但其實這並不是天體運行的速度,而是臨近空間的膨脹所累積,它們相對於鄰近天體的速度仍然遵守膨脹的速度比,也就是67.15千米/秒·百萬秒差距,只是在我們看來似乎已經超光速了,不過超越了光速的區域我們永遠都看不到,因為光用不可達。

除了這兩個外還有量子糾纏效應,這個是愛因斯坦提出的EPR佯謬中延伸出來的實驗,現在被用來作為量子密鑰分發,但對於兩個糾纏的量子來說無論處在何時何地,在觀測之前都是疊加態,所以距離根本就不是什麼問題。

還有一種是假設中的快子,其實狹義相對論並非不允許以光速以上的速度運行,只是不允許降低到光速以下,這是是一種理論上預測的超光速亞原子粒子。這種由相對論衍生出的假想粒子,總是以超過光速的速度在運動,所以它即使存在,我們可能也無法檢測到!

所以,這就T-M-D是一句廢話,這個假設科學家賺了,他們終於設定了一個無法證偽的假設,但卻無法反駁他,算他們贏吧,所以這就是一個問題,你是相信快子有還是沒有呢?留言投票吧!

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  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    光速不可超越似乎是我們這個宇宙的初始設定時的一項重要參數,因為到現在為止關於速度的一切發現,光速都是天花板,宏觀物體我們沒有能力加速到光速,但對於微觀粒子,可以加速到99.999999%的光速,但始終距離光速有一步之遙!
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?
    那麼,如果速度超過光速會發生什麼?為什麼光速是宇宙速度上限?雖然光速理論上不可超越,但在現實中確實有各種「超光速」現象,切倫科夫輻射就是一個例子。切倫科夫輻射光的傳播速度與介質有關,在真空中最快,而在其他介質中會變慢。例如,光在水中的傳播速度會下降25%,為真空光速的75%。在這種情況下,就有可能出現超光速的情況。
  • 如果一種物質的速度超過光速,會發生什麼?
    如果物質的速度超過光速會怎麼樣?我認為它會消失或者被取代,但它不會被摧毀!! 我們不知道如果一種物質的速度超過光速會發生什麼,原因很簡單,因為它永遠不會超過光速。光速是一個物體相對於附近物體的運動速度的最基本上限。事實上,任何具有有限靜止質量的物體都不可能以光速運動。
  • 一根針以光速擊中地球會有什麼後果?
    最近一次嚴重的小行星撞擊地球事件發生在6500萬年前,當時一顆直徑至少10公裡的小行星(希克蘇魯伯隕石)以大約20公裡/秒的速度撞擊了地球,由此引發了物種大規模滅絕。然而,地球本身卻沒有什麼事情。如果是一根針以光速擊中地球會有什麼後果呢?
  • 如果物體從足夠高的地方自由落體,它的速度會超過光速嗎?
    如果物體從足夠高的地方自由落體,它的速度會超過光速嗎?宇宙當中最快的速度是什麼?相信許多人都能夠給出答案——那就是真空中的光速。真空中的光速也是我們人類在三維的宇宙空間當中,目前為止能夠探測到的最快的速度,也是人類科學的一個瓶頸。
  • 如果你的速度超過光速,會發生什麼?科學家告訴你答案!
    如果你的速度超過光速,會發生什麼?科學家告訴你答案!當我們還是孩子的時候,我們驚奇地發現超人能比飛馳的子彈跑得更快。我們甚至可以想像他追逐著一枚從武器中射出的炮彈,伸出右臂,披肩在他身後蕩漾。如果他以子彈一半的速度飛行,子彈離開他的速度將減半。
  • 為什麼光速是宇宙最快速度?超光速會有什麼後果?
    這個公式沒有表現出參照系的優先關係,光速的大小與光源的運動方式沒有任何關係,光速在所有參照系中都是完全相等的常數。不久後,麥可遜和莫雷做了一項實驗,他們把一束光分成兩束,一束光朝著地球公轉方向運動,另一束光的運動方向則與之垂直。結果表明,這兩束光的速度大小完全一致,並沒有因為地球的運動而出現區別。因此,這項實驗證實了麥克斯韋的光速公式。
  • 引力波是什麼,它的運行速度到底有多快,會超過光速嗎?
    網絡上常見一些說引力波速度超過光速的說法,這不有位網友問我:引力波超過光速10000倍,你信嗎?我當然不信,但我不知道這位網友憑什麼這麼說,我只能反問:你自己信嗎?憑什麼?如果你自己相信引力波比光速快10000倍,依據又是什麼,哪來的底氣?
  • 速度超過光速,時光真的會倒流嗎?
    根據愛因斯坦的相對論,宇宙中的最大速度為光傳播的速度,(C=30萬千米/秒),幾乎不會有物體的速度超過光速。但是畢竟人類對宇宙的認知還非常有限,宇宙中的許多事物科學家們都還無法解釋。當有一天,真的有物體的速度超過光的速度的時候,真的會像愛因斯坦預言的那樣看到過去的發生的景象嗎?
  • 如果相對論錯了,會有什麼嚴重後果?300年的科學發展將被傾覆!
    如果相對論錯了,這就意味著這100多年來,物理學們的觀測都是錯的,那只可能有兩種情況,一種就是儀器有問題,而且是100多年來,所有科學家使用的儀器都有問題,這本身就是一件匪夷所思的事情。另外一個種可能就是100多年來做實驗的物理學家都在造假,那你覺得這有可能嗎?我覺得不可能,原因就是利益。
  • 相對論說速度超過光速,時間會倒流,這真的還是謬論
    1905年,愛因斯坦在「狹義相對論」中這樣解釋一個「奇異」世界:我們所處的宇宙可以看成是一個四維時空,隨著物體運動的速度增快,時間流程將會變慢,空間尺度將會縮短。1915年,愛因斯坦進一步提出他的引力理論,叫作「廣義相對論」。同樣在這個「奇異」世界中,在大質量物體(即強大的引力場)作用之下,時空結構會發生彎曲,時間流程也會變慢。四維時間可以像三維空間一樣發生彎曲。
  • 如果速度達到光速,時間會停止嗎?
    狹義相對論的整個框架是建立在兩個基本假設上的:(1)所有慣性參照系中,物理定律不變;(2)所有慣性參照系中,真空中的光速不變。如果有一個所謂的光速參照系,在這個參照系中,光處於靜止狀態,那麼這就違反了狹義相對論的第二個基本假設,因為在不同的參照系中光速就會不同——即光速在某些參照系中是c,在靜光速參照系中是零。
  • 如果光的速度在某種介質中變慢,會對狹義相對論產生什麼影響?
    光在一些介質中竟然變慢了,這其中出了什麼差錯?會影響狹義相對論嗎?麥克斯韋方程組告訴我們,在真空中,光的傳播速度不變,對所有觀察者來說都一樣。這從根本上與19世紀的絕對時間觀相衝突,狹義相對論的假設解決了這一衝突,廢除了這一觀念。
  • 為何在「相對論」中,物體的運動速度,無法超過光速?
    何在「相對論」中,物體的運動速度,無法超過光速?要說愛因斯坦提出的「相對論」,那可以說是20世紀物理學界最偉大的發現了(沒有之一)。相對論的提出,完全改變了人們在「經典物理學」中,對時間空間,對世間萬物的認知。
  • 相對論說速度超過光速,時間會倒流?豈不是光年之外可看到歷史!
    相對論說速度超過光速,時間會倒流?豈不是光年之外可看到歷史!相對論?相對論可從來沒有這樣說過,根本就沒有這樣的說法。這個宇宙中,有靜質量的物質不可能達到光速,不可能超越光速;狹義相對論的時間膨脹效應(鍾慢效應)從來也沒有說過,達到光速怎麼怎麼樣,超越光速又怎麼怎麼樣。
  • 宇宙中光速並非最快,四種超越光速的速度,你會知道幾個?
    如果你想問宇宙中最快的速度是什麼,我相信幼兒園的孩子都知道「光」是最快的速度。也是因為光是最快的速度,所以光年通常被用作宇宙尺度中的距離尺度。此外,經過多年的實驗研究,「光速不能超過」和「真空光速不變」已經成為公認的事實。但是你知道嗎,事實上,從某個角度來看,光速並不是宇宙中最快的速度,許多速度實際上超過了光速。
  • 宇宙中有超過光速的速度存在嗎?
    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。
  • 宇宙中有超過光速的速度存在嗎?
    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。
  • 如果一個物體的速度超過光速,你能看到它嗎?
    當一個物體超過光速時,會有什麼現象?我們知道,按目前的理論,在這個宇宙沒有什麼比光速更快。那麼假設一個物體的速度超過光速,你能看到它嗎?如果物體假設比光速快,那麼從物體到眼睛的光線到達將被延遲。在現實生活中,如果有這樣一個快速移動的物體,它可能會因為大腦的處理時間限制而留下藍色紅色模糊的外觀,而從它發出的超瞬變藍紅色的光將是由於都卜勒的變化,如下文所述。當它穿過你或剛剛穿過你的時候,你會首先看到藍移光靠近你,這是由於縮短波長,增加了光頻,導致接近物體的都卜勒藍移。
  • 一根針以光速撞擊地球會造成什麼後果?
    答案就是它們的速度很快,一般來講,這些小天體速度都可以輕鬆地達到每秒鐘數萬米,因此它們都具備了巨大的動能。通過動能公式 Ek = 1/2 x mv^2(其中m代表質量,v代表速度)我們可以看到,雖然質量和速度都會影響物體動能的大小,但速度對動能的影響明顯要大得多。這不禁讓人好奇,假如一個質量很小的物體以極快的速度撞擊地球會怎麼樣呢?具體點講就是,一根針以光速撞擊地球會造成什麼後果?