常有人問:這個世界有超光速的物質嗎?如果現在沒有將來會出現嗎?
這裡關鍵是「物質」,物質就有質量。愛因斯坦的真空光速極限是說光速在我們世界是傳輸最快的物質,這個物質就是光子,光速是光子運動的本質屬性,它生來就是以光速運動。光子沒有靜質量,但有動質量,光子能夠傳遞信息和能量。
因此,光速極限是指任何有靜質量的物質都無法達到光速,更不能超過光速。這個理論人們試錯了100年,都沒有找到一例反證,所有的觀測和實驗數據都支持這個理論。一度時期,科學界曾經認為中微子運動達到甚至超過光速,後來證明是實驗數據錯誤。因為中微子的靜質量雖然很微小,但大於零,其速度只是非常接近光速。
科學家在大型強子對撞機裡,用巨大能量加速電子束或者質子束,這種質量很微小的物質,再用多大能量,都只能無限接近光速,最高紀錄的質子速度達到0.9999999991倍光速,但無法達到光速。
關於光速的定性,是貫穿愛因斯坦狹義相對論的一根筋骨,抽調了這根筋骨,就沒有相對論;而現代物理學大廈是建立在愛因斯坦相對論基石上的。因此真空光速性質,是現代物理學的一根硬性「槓槓」,這個「槓槓」不可逾越,脫離了這個「槓槓」,現代物理學的基礎就沒有了,很多理論都要推倒重來。
光速的基本性質包括光速極限和光速不變。光速極限,就是我們認知的宇宙,光速是最快的,沒有什麼物質運動能夠達到光速,更不能超過光速;光速不變,就是真空光速在任何慣性系(慣性參照系)觀察,速度都是一樣的恆定不變的,也不會因觀察者的相對運動而改變。現在測定的真空光速精準數值為:299792458m/s(米/秒),這是現代物理學最重要的一個常數。
愛因斯坦狹義相對論認為,有靜質量的物質不能達到光速,是因為物質運動受到質增效應限制。物質運動越快,動質量越大,趨近光速時動質量就會趨於無限大。質速關係公式表達為:M=m/√[1-(v/c)^2]。這裡的M表示物質的運動質量,m為物質的靜質量,v為運動速度,c為光速。
從這個公式,我們可以得出任何有靜質量的物質,即便是1個質子,只要不斷趨近光速,其動量都會越來越大,最終達到無窮大。何謂動量?就是動質量或動能量,在愛因斯坦質能關係中,質量與能量是很能夠互換等價的,這個質能關係式表達為:E=MC^2。這裡,E為能量,M為質量,C為光速。
何謂無窮?就是整個宇宙動量都是「有窮的」,也就是說達到光速一個質子的動量也會超過宇宙,這就是一個悖論,是不可能實現的。
愛因斯坦就是用這個公式證死了光速這個「極限槓槓」。迄今為止,所有的物質運動,都符合質速關係這個公式。比如來自宇宙遙遠深空的高能射線,它們不同速度有不同的動質量;任何物質不同速度的撞擊或打擊,也符合這種質增效應;在大型強子對撞機裡,電子、質子速度的提升越趨近光速,需求的能量相應呈指數級上升。
所謂現象,就不是物質運動,不適用質增效應質速關係公式,因此不違背愛因斯坦光速藩籬。這些現象包括量子糾纏、宇宙膨脹、蟲洞穿越、時空摺疊。
這些現象有的在研究中,有的還處於科幻階段,但理論上都是存在的。時空通訊過去在很多文章中討論過這些問題,這些都不屬於物質的運動速度,而是存在的某種現象。比如量子糾纏是物質存在方式的本質屬性;宇宙膨脹是空間本身的膨脹,而且是大尺度疊加的膨脹;蟲洞穿越和時空摺疊是採取「抄近道」、「縮地法」的方式,並非速度真實提升等等。有興趣的朋友可以查閱我過去文章,這裡就不展開來說了。
這些現象有很多都是愛因斯坦自己提出並論證,或者預言存在的,如果這些屬於物質運動,就不會有光速極限和光速不變原理出臺了,也就不會有相對論的問世。因此我們談物質運動,一定要區分這些現象是不在光速限制範疇的,否則就會導致思維混亂。
很多人在談及超光速物質時,都忽略了一個最重要問題,就是迄今為止人類都是依靠光來認識世界的,現在觀測到世界上的一切,依靠的都是光。因此光是物質、信息、能量的傳遞,而不是前面所說的現象。
廣義上說,光就是電磁波,包括可見光和不可見光,不可見光包括無線電波(包括長波、中波、短波、微波)、紅外線、紫外線、X射線、γ射線,因為電磁波整個波譜的傳遞都是依靠光子,因此這些都屬於光的範疇。
人眼能看到的光就是可見光,可視作狹義的光,我們平常所說的光幾乎都是指可見光。可見光只是在前面說的所有波譜中,介於紅外線和紫外線中間380nm~760nm(納米)之間波長的一小段波譜,除了這一小段波譜,其餘的光佔據著從數km(千米)到pm(皮米,1萬億分之一米)級整個巨大頻段,都不能直接看到。
但不管可見光還是整個光譜波段,其傳播速度都是一樣的,就是真空光速:c=299792458m/s。
現在人眼不光可以通過可見光直接觀測到這個世界,還可以通過各種儀器設備,如X光機、各種波段電子顯微鏡、射電望遠鏡、紅外望遠鏡、X射線望遠鏡、伽馬射線望遠鏡等,讓不可見光顯形,讓我們的視網膜感知。
因此我們看到的一切都是光賦予的,這些可見或不可見的光到達了我們的眼睛,我們才能夠看到一切。可以說沒有光,就沒有這個世界的一切,而人類觀測到的一切都限制在光的性質以內。
光雖然很快,但還是有速度的,這就給我們了解世界有了一個延滯性,就是我們觀測到的一切,都不是即時,而是過去時。這個過去時我們可以理解為,1米距離的物體,我們看到的是1/299792458秒之前的樣子;1km距離的物體,我們看到的是1/299792.458秒前的樣子;月球距離我們38萬多千米,我們看到的就是1秒多鍾前的樣子。
同理,1光年距離的天體,我們看到的是1年前的樣子;1萬光年距離的天體,就是1萬年前的樣子;1億光年乃至100億光年距離的天體,就是1億年前或者100億年前的樣子。我們世界的秩序就是建立在光傳遞給我們的信息之上,並且通過光來認識世界一切的。
那麼我們現在來試想一下,如果有一種物質超過光速,我們怎麼來觀測呢?我們依靠光能觀測到比光還快的物質嗎?我們觀測到的世界還是這個樣子嗎?如果這個世界真的發現這種物質,不但一切理論,而是一切秩序都將改變。我實在無法想像出這樣的世界會是一個什麼樣子,各位說呢?
我們當然希望有一種比光還快物質,替代光更快了解世界,但這種想法似乎是荒誕的,與現實無法契合,要改變光感世界,人類所有的感官和感知方式都要重新改變,那就不是現在的人類了。因此我堅定支持光速極限和光速不變理論,相信這個世界上不存在超光速運動的物質,至少在目前理論和現實認知框架下不允許存在。
就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。
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