光速是宇宙速度極限,但有種猜測,說有東西比光快,這怎麼可能呢

2020-12-05 悟空科學世界

引言

一些科學家能夠以驚人的「手段」追蹤我們宇宙的演變。一百三十八億年前,宇宙有一個大爆炸,瞬息萬變之後,宇宙呈指數級增長,在短時間內稱為「通貨膨脹」。在隨後的時代,太空已經發展到巨大的規模,即:太空擴大。

但是,這怎麼可能呢?如果光速表示宇宙速度極限,那麼光子超出我們的時空,又將如何呢?如果它們存在,我們又怎麼知道它們存在呢?

擴大的宇宙

像物理學中的其他一樣,我們的宇宙,傾向於以最低能量狀態存在。但正如通脹宇宙學家所認為的那樣,在宇宙大爆炸後的10-36秒之後,宇宙處於虛假真空的能量,即:最低點。為了尋找真空能量的真實最低點,在一秒鐘之後,宇宙膨脹的係數為1050。

從那以後,宇宙繼續擴大,但速度較慢。我們從遠處物體的角度看到了這種擴張的證據,當恆星或星系釋放出的光子,遍布整個宇宙時,空間的拉伸使它們失去能量。

在時間和空間上,宇宙學家把紅移說成是距離函數。遠處物體發出的光線很長,所以,當我們終於看到它時,我們觀察到的物體可能是數十億年前的。備註:紅移是指物體的電磁輻射波長增加的現象,波長變長、頻率降低。紅移的現象,目前多用於天體的移動及規律的預測上。

哈勃的數量

光線的紅移,使我們能夠看到,遙遠過去星系的物體,但我們無法觀察到我們宇宙歷史中發生的所有事件。隨著我們空間的擴大,有些物體的光線離我們就不遠。

這個邊界的物理學,特別依賴於一個稱為哈勃體積的周圍時空。在地球上,我們通過測量所謂的哈勃參數(H0)來確定哈勃體積,哈勃參數(H0)是一個將遙遠物體的散射速度與其紅移相關聯的值。這是埃德溫哈勃於1929年首次計算出來的,它發現遙遠的星系正在以與光線紅移成比例的速度離開我們。

紅移的兩個來源:都卜勒和宇宙學擴張。底部:探測器捕捉中央恆星發出的光,這個光線隨著空間的擴大而被拉伸或移位。

將光的速度除以H0,即可得到哈勃體積。這個球形氣泡覆蓋了一個區域,其中,所有物體以低於光速的速度從中央觀察者移除。因此,哈勃體外的所有物體都比光速更快地離開中心。

「比光速快」, 這怎麼可能?

這個問題的答案與狹義相對論和廣義相對論之間的區別有關狹義相對論,需要所謂的「慣性參照系」,或者如果更簡單,則需要背景。根據這個理論,所有慣性系統中的光速都是相同的。如果觀察者坐在地球公園的長椅上,或者以驚人的速度從海王星上起飛,對他來說,光速始終是相同的。

然而,廣義相對論則描述了時空本身的結構。而這個慣性框架的理論是沒有提及的,在任何超出其極限的範圍,這個空間內都不會擴大,所以光線相對於觀察者的極限速度是行不通的。是的,哈勃球外的星系比光速更快地離開我們,但是星系本身並不能克服空間限制。對於一個這樣星系中的觀察者來說,沒有什麼能打破狹義相對論。這個空間,正在加速並成倍地擴展。

觀察到的宇宙

也許下一個會讓你大吃一驚:哈勃的體積和可觀察的宇宙是不一樣的。

為了理解這一點,考慮到,當宇宙變老時,遙遠的光線需要更長的時間,才能到達我們地球上的探測器。我們可以看到物體已經超出了目前的哈勃體積,因為我們今天所看到的光線是在球體內部釋放出來的。

嚴格地說,我們可觀測的宇宙與粒子視界的東西重合。粒子的視界,標記著我們可以在這個時間點觀察到最遠光的距離,即:光子有足夠的時間呆在裡面,或趕上哈勃溫和擴張的球體。

觀察到的宇宙,從技術上,我們稱為粒子視界

那距離呢?在任何方向上,它超過46億光年,我們可觀察到的宇宙直徑約為970億光年。

粒子視界(也稱為宇宙學視界,漫反射的視界(在多德爾森的文本中)或宇宙光線視界)是粒子在宇宙年齡裡到達觀測者的最大距離。 換句話說,粒子視界是處理與宇宙物體的距離問題。

黑暗的能量

由於宇宙的膨脹,即使我們無限期地等待,直到它們的光線到達我們時,但我們也永遠不會看到宇宙的某些區域。那些位於我們現代哈勃體積之外的區域呢?如果這個球體也膨脹了,我們可以看到這些邊界物體嗎?

這取決於哪個區域的擴張速度快慢。這個問題的答案取決於兩件事:1)H0增加或減少; 2)宇宙加速或減速。這兩個速度是密切相關的,但並不相同。

事實上,宇宙學家認為,在H0減少的時候,但由於黑暗的能量,宇宙的膨脹速度卻在增長。

這看起來似乎不合邏輯,但只要H0比宇宙膨脹速度增長更慢的速率,以這種速率下降時,那麼我們星系的整體運動就會繼續加速。因此,儘管哈勃的體積在擴大,但暗能量的影響,對可觀測宇宙的擴展形成了嚴格的限制。

結語

宇宙學家對深層次的問題感到困惑,比如,未來的宇宙將會是什麼樣子?以及宇宙的擴張將如何改變?但最終,科學家們只能根據今天對宇宙的理解和猜測來尋找這些問題的答案。宇宙學的時間框架,是如此無法想像的龐大,以至於無法對未來宇宙的行為,進行具體的說明。儘管現代模型,出人意料地符合現代數據,但實際上,也許我們中沒有人可以看到預測是否會實現,因為畢竟人的年齡有限。總之,這個命題是一個假設,科學問題不能妄自下結論。

相關焦點

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  • 光速是宇宙中最快的速度嗎?有四種速度比光速還要快
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  • 真空光速並非極限:宇宙中這3種「速度」,其實比光速更快
    真空光速並非極限:宇宙中這3種「速度」,其實比光速更快目前人類發現的速度最快的物質,就是真空中的光。光在真空中的傳播速度大概是30萬公裡每秒,而且根據愛因斯坦的「光速不變原理」,相對於宇宙中的任何一個參考系,光速都是恆定的。
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    在茫茫的宇宙當中存在著許多神奇的事情,星系之間相互融合,形成更大的星系團。每一顆恆星消亡的時候會產生耀眼的光芒(這裡面釋放了大量的氧、氖、鈉、鎂等多種生命元素)。宇宙中的黑洞能夠吞噬周圍的一切,包括光。我們都知道光的速度是非常快,那麼在如此浩瀚的宇宙當中有沒有一種速度可以超越光速?
  • 光速是宇宙中的極限速度?這是事實,我們無法解釋為什麼
    光速是宇宙中的極限速度,而這個速度是指信息和能量的傳播速度。光速最快是人類通過實驗以及理論推導出來的,這就是一種事實,我們無法解釋為什麼。光速,299792458 m/s,一切物質的速度都超不過此值,是自然界存在的最大速度,光速不以參考系的不同而變化,不論你怎麼做怎麼測量,真空光速就是299792458 m/s,不大也不小。以上就是愛因斯坦相對論成立的大前提,假如有一天發現有物體的速度大於光速了,那麼也就是宣告相對論失敗的時候了。
  • 「暴脹理論」有那麼一段時間,宇宙膨脹的速度是比光速要快
    看到了某顆星星,這意味著從那顆星星發出的光子成功到達了你的眼睛,光子的行進速度有一個極限,也就是「光速極限」,所以當看到一個極其遙遠的東西,看到的其實是很長時間以前的它,也就是說你能看到多遠,取決於宇宙從誕生到現在已經過了多久。
  • 還認為宇宙中光速最快?醒醒吧,這四個速度遠超光速
    那麼未來我們加大磁場、加大環形對撞機的半徑,是不是就可以達到光速,甚至超過光速呢?其實接近光速很簡單,這就看你怎麼接近了,最後那一點點往往是無法突破的。你看,黑洞的能量大吧,它是宇宙中的怪獸,磁場強度是對撞機的一萬億倍。
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    那麼未來我們加大磁場、加大環形對撞機的半徑,是不是就可以達到光速,甚至超過光速呢?其實接近光速很簡單,這就看你怎麼接近了,最後那一點點往往是無法突破的。你看,黑洞的能量大吧,它是宇宙中的怪獸,磁場強度是對撞機的一萬億倍。結果呢?
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    那麼未來我們加大磁場、加大環形對撞機的半徑,是不是就可以達到光速,甚至超過光速呢?其實接近光速很簡單,這就看你怎麼接近了,最後那一點點往往是無法突破的。你看,黑洞的能量大吧,它是宇宙中的怪獸,磁場強度是對撞機的一萬億倍。
  • 光速是宇宙中最快的速度?快醒醒,這3個速度就碾壓了光速!
    文/行走天涯 光速是宇宙中最快的速度?快醒醒,這3個速度就碾壓了光速! 光速一直被無數人認為是宇宙中最快的速度,原因也非常的簡單。
  • 光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?
    光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?在人類的認知中,宇宙中最快的速度當屬光速。根據愛因斯坦提出的相對論,宇宙中不會出現比光速還快的速度了。那有一個問題來了,已經完全超越我們日常所能反映的時間,並且它的移動速度相當快,科學家是通過什麼樣的方法測得它的速度的呢?很多人都認為想要測量光速,一定需要非常先進的科技,有很多科學家都已經不斷的嘗試過了。光速是宇宙中的極限速度,每秒30萬公裡,科學家如何測量的呢?
  • 還認為宇宙中光速最快?科學家:錯了!這3個速度遠超光速
    一直以來,人們都將光速,定義為宇宙中最快的速度,並一直深信不疑,而根據愛因斯坦的相對論表示:目前任何有質量的物體,都無法達到超越光速,只能無限接近光速。0.000001%,極限速度為299,792,455米/秒,可以說非常接近光速。
  • 光速真的是宇宙的極限?科學家:或許光速是文明的瓶頸,但非極限
    光速是已知宇宙中最快的速度,真空中的光速等於299,792,458米/秒,實際上,不僅光的傳播速度是這樣,引力波的傳播速度也是光速,這已經不能簡單地用巧合來解釋了!我們知道,在經典力學裡面,物體的速度會因為參照物的不同而有所改變,但是光速並不是如此,兩道相反的光,如果你以其中一道作為參考,如果在經典力學裡,另一道光的速度會使兩倍光速,但在相對論的世界裡,另一道光還是光速!請注意,這不是理論,這是已經被證明了事實,光速並不會因為參照物的不同而改變!
  • 光速是已知最快的速度麼?速度的極限是多少?
    人類目前已知的最快速度是光速,自然界中,似乎任何有質量的物體都不可能超越光速,然而,宇宙暴漲和量子糾纏的速度居然超越了光速,這是因為量子間的信息傳遞是瞬間發生的、也是隔空的,相當於不攜帶信息,鑑於宇宙是空間本身,所以,這兩種現象均不違背相對論,或許接下來的答案不會讓你感到失望,正因量子物理擁有一個可愛的性質,即全同性原理。
  • 光速是極限速度,但卻只有30萬公裡每秒,到底是誰限制了它?
    不過光速也的確有一些讓人難以理解的現象,因為雖說光速對於人類來說快到了極致,但是它在宇宙那漫長的尺度裡面卻顯得有些不足,舉個例子來說,人類光走一年的距離來命名宇宙的尺寸,讓人類可以探測到的宇宙範圍就已經達到了930億光年,可見光速雖然對於人類來說非常的快,但是在宇宙面前確實不值一提。
  • 光速並非不可超越,這些速度就比光速快!
    根據愛因斯坦相對論的描述,光在真空中的速度是恆定的,並不會因為參照物的改變而改變,雖然這與我們所認知的靜電力學相悖,但卻是已經被證明了的事實。而且愛因斯坦還推測,光速是宇宙中最快的速度。甚至有科學家曾說:光在宇宙中像蝸牛一樣爬行!於是便有科學家猜測,光速真的是宇宙最快的速度嗎?雖然愛因斯坦相對論中描述光速是宇宙中最快的速度,但根據現代科學家們的研究,還是有一些速度能夠超過光速的!
  • 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?
    ,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。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。
  • 宇宙中有沒有比光速更快的速度?
    「宇宙中有沒有比光速更快的速度?」,其實光速也分很多種,我們可以分為真空下的光速,和在介質中的光速。宇宙中確實存在一些遠超真空光速的存在,同時也存在,同樣是在介質中,但要比光速快的情況,我們先說第一種,在說第二種。