光速為什麼不能被超越,根本原因到底是什麼?

2021-01-13 網易

2021-01-10 19:01:08 來源: 宇宙時空

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  首先我想說的是,光的速度可以被超越!不要驚訝,這是真的,但我們需要在耍賴、作弊的情況下才能超越光的速度,這個我們後面再說。首先我們在非相對論的基礎上解釋下,為什麼我們不能超光速?

  人類的極限速度


  目前人類所創造的速度極限是在粒子對撞機中實現的,粒子加速器是利用電場加速粒子,並且使用磁場將帶電粒子控制在加速環中加速,這就是說磁場、加速環越大,粒子獲得的能量越高,

  大型強子對撞機中質子獲得的能量是6.5 TeV,速度已經達到了0.9999999896c,299,792,455 m / s。這個數字一看這和光速基本沒有區別,但確實沒有達到光速。但質子還不是最快的人造速度。


  還記得電子嗎?一個電子比質子輕了1836倍!在LEP電子對撞機中獲得的能量為104.5GeV,是人類有史以來最快的加速粒子,達到了0.999999999988c,299,792,457.9964m/s,僅僅比真空中的光慢3.6毫米/秒!


  這時你可能會想,就差了3.6毫米每秒,這麼難麼?是能量不夠嗎?有沒有更高能量的粒子?有!人類目前造不出來,但宇宙可以,大家還記得黑洞旋轉的吸積盤的,磁場比人類創造的磁場強10億倍,噴射出來的宇宙射線(質子流)能量可以一路飆升到10^19 ev以上!

  宇宙的極限速度,為什麼不能被超越?

  這麼高的能量為什麼還是沒有超光速,下面就說說到宇宙的速度限制或者說能量限制了。當一個粒子的所攜帶的能量在5×10^19eV以上時,宇宙就開始幹預粒子,不讓其超過這個閾值。就是我們所說的GZK極限值!


  GZK極限是以提出者Greisen、Zatsepin、Kuzmin三人姓氏之首字母為名的理論上限,描述源自遠處的宇宙射線應有的理論上限值。

  當粒子能量高於這個極限值,在空間中就會和微波背景發射中的光子發生相互作用,並且產生一個中性π介子,一個中性π介子就會消耗135Mev的能量!知道粒子能量降低到允許的極限值。這個極限值意味著黑洞能量再怎麼高,創造出來的質子速度為299792457.99999999999999999999918米/每秒。還是不能達到光速或超光速!


  這時有人就想,那宇宙微波輻射有一天會不會隨著宇宙的膨脹沒有了?速度就可以超光速了?不是的,空間的膨脹只會讓光子的能量更低,甚至膨脹到無限低,或者波長被拉到無線電波的不斷,但永遠不會讓光子消失。這就是解釋宇宙極限速度的一種方式,如果你想聽相對論版本的,下面就是!但首先你要相信相對論是正確的。

  相對論是怎麼解釋光速不能被超越的


  宇宙的速度極限,我們通常稱之為光速,是宇宙運行的基本原理。相對論說,當你走得越快,你在前進方向上的空間維度就縮小得越多,當你被外部觀察者看到時,你的生物鐘也會運行得越慢。換句話說,空間和時間並不是一個固定的背景,在這個背景上,所有的事情都以相同的方式發生。相反,時空可以被彎曲或扭曲。

  如果你看愛因斯坦相對論的核心方程式,你會發現當你接近光速時,你前進方向的空間維度會縮小到零,而你的時鐘會慢到停止。一個寬度為零,時間沒有變化的參考系實際上是一個不存在的參考系。因此,這就告訴我們,沒有任何東西可以比光速更快,原因很簡單,間和時間實際上並不存在於這個點之外。因為「速度」的概念需要測量在一定時間內在空間中走過的距離,所以速度的概念甚至在物理上並不存在於光速度之外。事實上,「比光還快」這個短語在物理上是沒有意義的。這就像是說「比黑還黑」。


  你可能會說愛因斯坦的相對論是錯的。但現在有如此多的證據都在支持相對論,如果它是錯的,以光速不變原理構築起來的相對論大廈早就垮了。

  為什麼說光速又可以被超越


  前文開頭我為什麼又說可以超光速呢?其實關於關於「光速極限」這一原理,更準確的說法應該是:「在本地空間內,沒有任何東西的速度能超過光速。」這意味著如果我們使用非局部尺度,我們確實可以獲得比光速更快的有效速度。

  例如,如果蟲洞存在,你可以有一個從地球到北極星的捷徑。與從地球到北極星而沒有穿過蟲洞的光相比,你的速度會更快。換句話說,你會先到達北極星。這樣的超光速是允許的,因為你從來沒有在局部空間超過光速。如果有一束光從地球發射到北極星,並和你一起穿過蟲洞,你就不可能跑得過光。


  再舉一個例子,宇宙中有一些遙遠的恆星,它們之間的碰撞速度比光速還快。這也是允許的,因為星系並不是本地速度。這些星系會認為自己相對於周圍的空間根本就沒有動,談何超光速。

  還有一個例子,我們經常會看到核反應堆發出幽幽的藍光,這時切倫科夫輻射,光子在水中的速度受到了限制,而電子這時就超過了光速!

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