相對論稍作修改堪稱絕美,既滿足質能守恆,又能極少能量達到光速

2020-12-04 水木長龍探索科學宇宙

愛因斯坦被世人譽為最聰明頭腦的科學家。一生中主要有三個偉大的發現:26歲提出光量子假說和狹義相對論,36歲提出廣義相對論。

他的相對論的提出,從根本上改變了長期以來人類對時空結構的固執認識,為人類打開了一扇觀看時空真面貌的新窗口,讓一直在物理學界佔統治地位200多年的「絕對時空觀」從此退居一隅。

儘管愛因斯坦一生中都不太認可量子理論,但無可否認,他是量子力學發展的重要奠基人。而相對論和量子力學,是奠定現代物理學基礎的兩大支柱,從根本上為物理學帶來了革命性的變化和發展。所以,用「曠世奇才」來形容愛因斯坦,一點也不為過。

或許你會說:愛因斯坦如此的奇才,他的相對論還用懷疑嗎?肯定不會有錯的。

水木想說的是,沒有絕對的肯定,要知道,萬事萬物都在不停的演變發展中。在這個世界上,沒有絕對的真理,也沒有絕對的對錯,一切只不過是相對而言,哪怕「相對論」也不一定就是絕對的真理。

有一句至理名言,叫做:眼見不一定為實,耳聞不一定為虛。

有一句耐人尋味的話,叫做:相對論的問世,也讓歷史變成了相對的正確。

大多數時候,人類都只相信眼睛所看到的和習以為常的事物。而很多時候,人類所看到的,或許並不是真實的存在,就像海市蜃樓一樣,只不過是光學的一種虛影成像。但「眼見為實」的「習慣」,卻早已成為人類生活中的依賴,成了人類堅守不變的信仰,哪怕所堅守的東西不正確或者不完全正確,但只要與人類的生活習慣相吻合,便很難有人去懷疑它的對與錯。

比如「地心說」,統治了天文學界一千多年,「絕對時空觀」統治了物理學界兩百多年,而人類對「天圓地平」之說,也曾經一直深信不疑。隨著科學的不斷發展進步,人類對事物的內在本質和運作機理,也就了解的越來越深入透徹,曾經的錯誤或不完善認知,也就會慢慢地得到糾正和修補。

眾所周知,愛因斯坦的相對論告訴人類,光速是宇宙中最快速度,光速不可超越。而這兩個限制,就仿佛給人類套了一副枷鎖,給人類圈了一個牢籠,將人類世世代代囚困於牢籠內,徘徊,躊躇,坐井觀天。

人類大多趨向於安逸的生活,如果不是迫不得已或者科學研究者或探險家,幾乎不會有誰願意從舒適的地方挪移到另一個未知的陌生地方。

「不要再向太陽系外探索了,浪費精力和金錢,還不如好好過好自己的生活。」

「宇宙那麼大,人類連塵埃都不如,地球還沒研究明白呢,卻大言不慚地說要探索什麼宇宙,真是不自量力!」

「其實,為什麼只有地球上才有生命?因為我們人類只能待到地球上,一旦離開地球,就等於自取滅亡。」

「告訴你們,別老想著推翻相對論,相對論是被證明過的,是完美無缺的。」

…… ……

當聽到這些呼籲之聲時,不由自主地讓水木想到了「溫水煮青蛙」的故事。難道地球就能永久保護我們世世代代平安嗎?事實證明,地球並不安全,不但現在地球資源正變得越來越匱乏,而且地震、火山爆發、海嘯等自然災難也時有發生。人類面對這樣的天災,往往只能選擇避之,如果躲避不及,就會付出一場傷亡慘重的代價。所以,地球雖然是誕生我們的家園,但我們並不能世世代代永遠守著它。長大的孩子總是要離開家才能闖蕩世界,就像雛鳥長大後不可能再守著鳥窩一樣,那廣闊的藍天和浩瀚無邊的宇宙,才是遨遊的地方,不是嗎?探索科學,探索宇宙,水木長龍與您繼續我們的探索之旅。

說到此,又想到了愛因斯坦的相對論,因為正是愛因斯坦的相對論將人類遨遊宇宙的夢想給遏制在了太陽系。相對論告訴人類,光是宇宙最快速度。而宇宙那麼大,目前人類已探測到的範圍就已經達到930億光年,更不用說還有未探測到的範圍,誰知道會不會更大呢?如果連光速都無法超越,對於人類來說豈不是永久被封鎖在了太陽系?何以能令人心甘!

有研究者指出,愛因斯坦的相對論是不完善的,甚至可能違背質能守恆定律。根據愛因斯坦相對論,越接近光速物體質量也會變得越大,無限接近光速,質量將變得無限大,所需做的功(相當於能量)也會變得無窮大。故此愛因斯坦斷言,有質量的物體永遠無法超越光速。

我們來分析一下為什麼說愛因斯坦的狹義相對論違背質能守恆定律。

假設有一艘載人飛船,整體靜止質量設為M0,靜止能量則為E0,即E0=M0*C^2。

然後飛船起飛,並不斷提高速度。飛船運動時的質量不斷增大,設不斷增大的運動質量為Mv↑,飛船的速度也在不斷增大,設為Vv↑。顯然飛船運動時的整體能量也在不斷增大Ev↑,即Ev↑= Mv↑*C^2。

那麼,飛船不斷增大的能量是誰提供的呢?或者說飛船不斷增大的能量是從哪裡轉化而來的呢?

我們先假設飛船自己攜帶有能量源,比如核反應堆。隨著核反應能量的不斷生成,應該不斷伴隨著質量虧損,但是飛船整體質量卻是不斷增加的。也就是說,飛船作為一個獨立的系統,不但總的能量在不斷增加,總的質量也在不斷增加,這不是完全違背了質能守恆定律嗎?

我們再假設飛船不是一個獨立的系統,比如能量來自真空能量的供給。這樣的話,飛船整體不斷增加的能量,不是來自於本身質量的虧損轉化,而是來自於真空能量的抽取。這倒可以說得通。但是卻又引出了另一個問題。

根據愛因斯坦的相對論,當飛船速度越來越快,所需的能量也會越來越多,接近光速時,所需能量無窮大。如果用真空供能,就要不斷地從真空抽取能量。而真空能量是維持時空平衡穩定的保障,別說不停地抽取,即使抽取用來驅動達到光速十分之一的飛船,估計也會給時空結構的平衡穩定造成極大的擾動。

一旦時空結構變得不穩定,就可能會出現各種意想不到的情況。比如,可能會打開平行宇宙與我們這個宇宙之間的屏障門,如同製造出了蟲洞(但並不是真正的蟲洞,蟲洞不會影響時空結構)。這個時候,我們就有可能看到平行宇宙裡的現實與我們的現實發生交疊。但由於時空結構極為不穩定,顯現出來的與我們交疊的平行宇宙之景可能也會非常不穩定,甚至會出現不停的扭曲變形,甚至很快完全消失掉。因為其他區域的真空能量會自動填補個別時空區域損失的真空能量。

不過,宇宙真空能量並不會是取之不竭、用之不盡的,就像我們地球資源雖然豐富但也是有限的一樣。如果未來人類真的找到了抽取真空能的方法,切記不可完全依賴於此,因為一但真空能損失到一定程度,真空能就會變得非常稀薄,從而便再也無法支撐起整個時空架構了。一個時空的坍塌,必然會殃及臨近的平行時空(或平行宇宙),導致臨近的平行時空(或平行宇宙)的真空能出現串聯,然後平行宇宙就會與我們這個宇宙永遠出現交叉運行。乍一想,似乎感覺挺有意思的,實際上,這並不好玩。因為兩個宇宙的現實會變得非常的混亂。比如,今天你回到家裡,突然看到已經逝去十幾年的親人笑著問你為什麼才回來。你驚愕之餘,才突然想起原來是時空弄錯了,眼前的親人不是本時空的。

看來,抽取真空能來驅動飛船的方法似乎並不太可取。或許,會有人提議可用正反物質湮滅反應生成的能量。但是,這種方法,又形成了飛船獨立系統,一旦形成獨立系統,似乎就會違背質能守恆定律,並且獨立系統功能,不可能使飛船接近光速的。這個愛因斯坦,簡直就是跟人類過不去似的,怎麼著似乎都不能向光速接近,豈不是要永久將人類封在了太陽系?

看來,必須打破光速限制,找到愛因斯坦相對論的漏洞,不然,人類就要永遠被封鎖在太陽系了。

既然愛因斯坦的相對論存在違背「質能守恆定律」的可能性,那麼就說明他的相對論存在有一定的漏洞。如果將他的相對論稍作一下修改,也許滿天烏雲都會自動散去。

我們不妨將愛因斯坦的方程反過來進行思考:當物體速度越接近光速時,物體的質量就會變得越小,虧損的質量轉化成了非物質態;當物體速度達到光速時,物體會全部轉化為非物質態。此時的物體已經脫離開三維空間(或四維時空),而是暫時進入了三維空間與四維空間的臨界點。非物質態速度降低到小於光速時,非物質態又逐漸重新向物質態轉化,等速度減慢到一個特定的臨界值時,非物質態又重新完全轉化成了物質態。

這樣的稍微改動,水木認為堪稱完美,既不違背質能守恆定律,又不需要無窮能量的供給——導致差點坍塌了時空結構。只需要提供初始的驅動能量,將物體加速到臨界狀態速度即可,剩下的就會由臨界物質態自動轉化完成,豈不完美哉?

今天的分享就到這裡,感謝對水木的支持。

本篇文章「水木長龍」原創,轉載標明出處,謝謝!

相關焦點

  • 一口氣搞懂質能方程
    今天,我們就來聊一聊:質能方程以及關於質能方程的誤解。質能方程是什麼?這要從1905年說起,這一年被稱為愛因斯坦的奇蹟年,在這一年愛因斯坦發表了四篇可以被載入史冊的論文,其中第三篇《論運動物體的電動力學》就是我們熟悉的狹義相對論。
  • 根據質能方程,是否一支粉筆,就有能供人們喝100年開水的能量?
    而實際上這是對質能公式的一個誤解。質能公式是如何推導出來的在愛因斯坦提出狹義相對論以後,物體的質量就變成了一個相對的概念,既把物體的慣性質量等效於引力質量,認為物體的質量會隨著速度的增加而增加,運動速度越快,物體的質量就會越大,當速度達到光速時,其質量就會變得無窮大,這裡面提到的物體在運動過程中的質量,就是物體的運動質量。
  • 質量乘以光速的平方,這就是能量,一個小物體就擁有巨大的能量?
    ,都無法實現單獨守恆,只有二者相結合才能實現真正的守恆,這就是質能守恆。,虧損的質量會以能量的形式表現出來,當我們把質量和能量放在一起來看待的時候,就真正實現了守恆,這就是質能守恆。愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,宇宙的本質實際上就是能量,而質量只不過是能量的一種表現形式而已。而質量與能量之間的關係可以用著名的質能方程來進行表示,也就是E=mc∧2。
  • 相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?
    ,相對論說,假如達到光速,時間就能靜止,那麼我們人類如果進入光速飛船,是不是就能永生了呢?達到光速,時間就靜止,到底是什麼意思?其實相對論中並沒有達到光速時間就靜止的理論,它只是狹義相對論中的一個推論!
  • 相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?
    相對論已經在各個應用場合都得到了驗證,比如水星的進動,時空彎曲,引力波,但圍觀群眾還是對時間靜止比較感興趣,相對論說,假如達到光速,時間就能靜止,那麼我們人類如果進入光速飛船,
  • 質能方程E=mc^2的推導過程是怎樣的?
    質能方程是從愛因斯坦的狹義相對論中所推導出來的,為了得到這個方程,先要了解質增效應。
  • 光本質、質能方程、光速極限與不變的密碼破譯,原子奧秘昭然若揭
    愛因斯坦由光速不變原理推導了兩個最重要的理論,第一是相對論,第二是質能方程,近百年來物理學界對相對論的認可,到質能方程的驗證和應用,說明光速不變是正確的。那麼現在面臨的問題是:光速為什麼不變?光速是極限嗎?質能方程透露了粒子結構什麼本質?
  • 愛因斯坦的質能方程E=mc^2,能量怎麼會與光速產生關係?
    不過這個公式就是這樣,簡單的幾個字符為我們道明了宇宙中質量和能量之間的關係,它們其實是同一事物的不同表現形式,不過有很多朋友不明白的是,為何質量物體中所包含多少能量會和光速這個宇宙常量有關係,而且為啥就是光速的平方呢?而不是立方?或其他?簡單的說,質能方程之所以是我們現在看到的樣子,其實是因為動量和能量守恆的結果。下面我們就具體分析下。
  • 愛因斯坦的質能公式與狹義相對論自相矛盾嗎?
    質能方程與狹義相對論並不矛盾,因為質能方程的基礎就是狹義相對論,或者說我們可以從狹義相對論出發推導出質能方程,既然如此,又何談自相矛盾一說呢?狹義相對論的兩大基本原理是:光速不變原理和狹義相對性原理,由此可以推導出狹義相對論的核心——洛倫茲變換,而有了這個變換之後,狹義相對論的一切推論就有了基礎,比如著名的時間膨脹、量尺縮短、質量增加等等其中題目說的質能方程也是它的推論,最早是發表於《物體的慣性取決於它的能量含量?》一文,時間是1905年9月。
  • 依據質能方程可以將質量轉化為能量,能否用能量生成1g的質量呢?
    但是,反過來,我們卻看不到由能量生成物質的案例,這是為什麼呢?質能方程的提出要解釋上面的問題,我們還得從質能方程談起。質能方程大家再熟悉不過了,它是由愛因斯坦在提出狹義相對論時,所推導出來的一個結論。受到麥克斯韋方程的啟發,愛因斯坦在牛頓經典力學的基礎上,提出了兩條基本假設,即相對性原理和光速不變原理,據此形成了狹義相對論體系,將物體的運動與時空進行了統一,認為物體的運動會直接改變所處的時間和空間。根據以上兩條假設,通過洛侖茲變換,可以推導出物體在不同慣性參照系下運動,所觀測到的關於時間、空間和質量變化的對應公式,即著名的鐘慢方程、尺縮方程和質增方程。
  • 質能方程揭示質量可轉化為巨大能量,那麼能量可以轉化為質量嗎?
    愛因斯坦的質能方程揭示了物質質量與能量的等效關係,讓讓們知道了質量中蘊含著巨大的能量。著名的質能方程表達式為:E=MC^其中E為能量,單位為焦耳(J);M為質量,單位千克(kg);C為光速,取值約300000000米/秒(m/s)。
  • 我們該如何理解愛因斯坦質能方程
    但我們不是和時間賽跑,我們每個人都是和自己賽跑,和光速賽跑。上面的兩個圖,就是愛氏一生研究的成果。我們後背的驕傲,人類的智慧象徵!相對比廣義相對論公式,質能方程E=MC是很多人都熟悉的,一生至少見過一次吧。但此公式應該如何理解,包含什麼樣的深意,是我要告訴大家的。質能方程表述如下:E=MC。
  • 一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?
    質能等價其實這個問題要從物理學的一位超神級的人物說起,他是20世紀最偉大的物理學家,他就是愛因斯坦。在愛因斯坦之前,物理學面臨著前所未有的挑戰,這個挑戰來自於光速。當時的經典物理學有兩大基礎理論,分別是牛頓力學和麥克斯韋理論。但是兩者在光速的問題上是矛盾的。
  • E=mc,質能方程中為什麼會出現光速平方,而不是立方呢?
    既然這樣,那麼只能用狹義相對論來解釋,因為質能方程本身就是狹義相對論的一個推論,而光速這個物理量在狹義相對論中有著特殊的位置,因為它的兩個基礎之一是光速不變原理。所以說,如果要說清楚的話,那就等於說狹義相對論是從零開始推導出來的,但是在科普文章中,這顯然是不合適的,所以我們首先要找一個大家公認的認知基礎,然後在這個基礎上推導出來,既不失嚴謹,也不顯得太繁雜。
  • 網友問:愛因斯坦的質能方程,是怎麼推導出來的?
    利用洛倫茲變換,很容易推導出質能方程。質能方程是愛因斯坦,在1905年發表的論文《物體慣性時候決定其內能?》中提出來的,描述了物質的質量和能量之間的關係。利用相對論質增關係,然後結合動量定理和動能定理,就可以推導出質能方程。相對論動能E=mc^2-m0c^2=Δmc^2,其中Δm=m-m0。描述:一個物體包含的總能量,可以分為相對論質增效應的能量,和一個固有能量m0c^2。
  • 如果飛船能不停加速,為何不能達到光速?相對論效應你用對了嗎?
    如果飛船能一直加速,為何不能達到光速?這個問題在牛頓的時代其實是可以的,飛船如果能一直加速,就能達到甚至超過光速。不過牛頓的時代已成過去式,現在是愛因斯坦的時代了,在愛因斯坦的時代裡,不停加速就是另一個故事了。理論的前奏事情要從19世紀說起。
  • 質能守恆定律是絕對正確的嗎?
    1)在我們所能觀察到的宏觀世界,它是正確的,到現在還沒發現反例。2)在量子世界,質能守恆還需要繼續驗證。1956年,科學家發現θ和τ兩種介子的自旋、質量、壽命、電荷等完全相同,多數人認為它們是同一種粒子,但θ介子衰變時產生兩個π介子,τ子衰變時產生3個,這又說明它們是不同種粒子。
  • 質能方程為什麼是E=M*C^2?
    所以,我覺得沒有必要大段去闡述狹義相對論的質能等價到底是咋來的,對於普通人而言,主要還是去思考一下,愛因斯坦是如何想到的更有意義。物理學家的夢想其實物理學家一直以來,從古到今,都有個極其宏偉的夢想,這個夢想就是實現「大一統」,聽起來好像就是一個帝王的夢想。
  • 按照質能方程E=mc^2,能量能轉化為物質麼?
    質能方程的由來要了解這個問題,我們就要先把質能方程搞明白。或者說,我們應該搞明白的是物質、質量和能量這三者的關係。這要從1905年說起了,這一年是愛因斯坦人生當中最高光的時刻了。在這一年,愛因斯坦接連發表了多篇開創性論文。
  • 愛因斯坦的質能方程E=mc^2中,能量怎會同光速產生關係?
    不過這個公式就是這樣,簡單的幾個字符為我們道明了宇宙中質量和能量之間的關係,它們其實是同一事物的不同表現形式,不過有很多朋友不明白的是,為何質量物體中所包含多少能量會和光速這個宇宙常量有關係,而且為啥就是光速的平方呢?而不是立方?或其他?簡單的說,質能方程之所以是我們現在看到的樣子,其實是因為動量和能量守恆的結果。下面我們就具體分析下。