「超越光速」旅行的兩種方式

2020-12-26 外文精選

相對論的基本原理指出,沒有任何東西可以比光速更快,但同時也觀察到了一些其他方式,可以在兩點間旅行時,用時要比光速更短。

一百多年前,二十世紀最重要的人——阿爾伯特·愛因斯坦提出了狹義相對論的基礎,即沒有什麼物質會比光速更快:光速是一個最高上限,速度約為每秒300000公裡。

光速被認為是自然界的一個基本常數,在著名的相對論方程E=mc中,光速(c)作為比例常數,將質量(m)和能量(E)的概念聯繫起來。

愛因斯坦

但我們怎麼能如此確信沒有任何物質比光速傳播更快呢?如果我們試一試的話,會發生什麼?

時間膨脹的問題

宇宙是一個時間-空間結構,也就是說,在超遠距離旅行中,不僅空間起作用,而且時間也在起作用。光,需要四年的時間才能從距離我們太陽系最近的恆星——比鄰星出發到達地球。光速總是不變的,它總是以相同的速速移動,不管我們走得有多快。光速是絕對的,而宇宙中的其他速度卻是相對的。

光速的絕對性帶來了一個結果:時間膨脹。也就是說,空間和時間也是相對的。時間膨脹指的是一名相對於固定時鐘移動的觀察者,所觀察到這個時鐘的「時間減緩」。

為了看得更清楚,讓我們想像一下我們在空間中以越來越快的速度加速運動。當我們達到光速時,我們會注意到「我們的時鐘」正在減速:我們會慢慢地凍結在時間中,就像「慢速」旅行一樣,我們永遠也無法達到30萬米/秒的光速。這是相對論的基礎。

那麼,我們如何超越光速?

那麼好吧,如果沒有什麼比光速更快,你可能會想這篇文章是不是標題黨。不是這樣。物理學考慮了在不違反絕對光速的情況下,在兩點之間實現比光速更快到達的方式,儘管是在理論層面。

阿爾庫別雷

理論物理學家米格爾·阿爾庫別雷(Miguel Alcubierre)在2018年的「未來大會」上,向公眾展示了兩種「比光速更快」的旅行方式。

1.蟲洞

在不違反愛因斯坦相對論的情況下(準確地說是利用它),我們找到了一種比光速「更快」的旅行方式(準確地說是,比光速所花的時間更短)。

蟲洞是一個假設的宇宙體,但它是基於相對論的一個原則:空間可以彎曲。從宇宙中一個遙遠的A點到另一個遙遠的B點的一種更快的方法是「彎曲」空間,在兩者之間創造一條隧道,如下圖所示。

如果光以紅色路徑從A到B,那麼它肯定要比我們通過綠色路徑所到達的時間更久。如果光和我們走同樣的路徑,它將永遠戰勝我們。

壞消息是,在實踐層面上,還沒有科學家知道如何創造這條捷徑。

這種蟲洞也被稱為「愛因斯坦-羅森橋」,是一種宇宙中的「捷徑」。早在1936年,愛因斯坦和羅森這兩位科學家就提出了蟲洞的假想概念。

2.扭曲推進

這是另一種以「扭曲空間」的方式來實現的過程。根據阿爾庫別雷的說法,這是通過加倍空間來推動我們前進,也就是說,這是一個「空間旅行」的問題。

假設空間在膨脹,也就是在「拉伸」,假設我們可以讓我們身後的空間在我們面前拉伸和收縮。如果我們可以成功地將空間從A點壓縮到B點,理論上我們可以比正常情況下的光走得更快。

阿爾庫別雷補充說,要使這兩種形式的空間旅行成為現實,我們需要大量的能量,相當於整個恆星;另一方面,我們也需要所謂的負能量。據我們所知,我們從未探測到負能量,它是一種反重力;但幸運的是,根據物理定律,並沒有排除它的存在。

相關焦點

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    它為何又可以超越光速呢?早在上世紀,愛因斯坦的相對論就告訴我們,光速是速度的極限值,任何有靜止質量的物體都無法達到光速,由於物體的動量會隨著速度加快而增大,一旦達到光速動量將趨勢與無窮大,根據質增效應可推倒出光速無法被超越,既然光速不可被超越,那麼我們又該如何在廣闊的宇宙中進行星際旅行呢?
  • 愛因斯坦說光速最快,若有人在光速飛船中跑步,他是否超越了光速
    筆者-小文光速是宇宙中的最快速度,為每秒30萬千米,而光速也是被認為是最為渴望達到的速度,因為一旦達到光速,人類不僅可以縮短飛行所用的時間,而且還有機會星際旅行。而根據愛因斯坦提出的相對論,一個物體一旦達到光速,它的時間就會變慢,就外界看來,這樣物體的時間就如同靜止了一般,這就意味著人類有可能實現穿越,回到過去或者未來。雖然,人類距離光速飛行還有很長遠的一段路要走,但科學家發現,除了光速本身以外,還有一種名為時空曲率引擎的物質將在未來取代光速。
  • 曲率引擎可以超越光速嗎?
    通過將將空間拉伸(這與蟲洞摺疊空間正相反),使飛船前方的空間收縮而後方的空間拉伸,空間便產生了褶皺,類似於水面上的波浪,飛船乘著這波浪前進,速度甚至可以超過光速。飛船所處的區域稱為「曲速泡」,裡面是一塊平坦時空,飛船在裡面並非真的在移動,而是空間的漣漪帶著它前進,所以並不違反物理學中的「光速最快」原則。這樣飛船就可以減小直線飛行距離,更快地到達目的地。
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    銀河系直徑為10萬光年,光速穿越需要10萬年人類如果要想實現星際旅行,首先需要突破光速飛行,雖然實現了光速飛行也不一定可以實現星際旅行,但是突破光速是人類實現星際旅行必須邁過去的一道坎,連光速都無法超越更不用談去實現星際旅行了,那麼超越光速到底有多快呢?
  • 愛因斯坦提出光速是物質運動最高速,那還有比光速更快的速度嗎?
    一,光速不變原理光速不可超越指的是靜止質量不為0的物體運動速度,或者說是傳遞有效信息或能量的速度不能超越光速。這個結論不光來自於大量的實踐觀測,也來自於一個叫做「光速不變」的原理,這是狹義相對論的基本原理之一。這個原理說的是光在真空中的傳播速度對於任何參考系是不變的,與光源和觀察者的運動狀態無關。
  • 《細思極恐》連載 第七章 超越光速
    光速不可超越的藩籬,把人類對宇宙的探索死死限制在某個牢籠中,這似乎是大自然某種刻意的設置,讓身為自然界一部分的人類永遠不可能窺探自然界的全貌。於是,我們嘗試去思考是否有可能超越光速,打破這道宇宙屏障。總之一句話:一個靜止質量不為零的物體,要使它達到光速,將需要無窮大的能量!這完全是大自然耍流氓的規律,擺明了就是不讓人類邁過這個坎兒!當然,我們所說的超光速,是指超過光在真空中的速度。光在空氣、水等介質中傳播時會出現較大減速,此時的光速是可以被超越的,不但可以超越,還會出現有趣的「切倫科夫輻射」。
  • 光速能夠被超越嗎?超光速讓時光倒流能實現嗎?
    愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,光速是宇宙中物質速度的上限,質能轉換方程也清晰地顯示出,沒有什麼帶質量的物體其速度可以達到或者超過光速。這也造就了光速成為宇宙速度的霸主。但是,光速其實是可以被超越的。眾所周知,光速大約是每秒30萬公裡。
  • 時間旅行是否能夠實現?
    時間旅行在理論上可行,根據愛因斯坦的廣義相對論,引力的本質是時空彎曲,質量越大的天體其周圍的時間和空間扭曲越明顯,時間流速會相對時空平坦區域較慢。這也就是說可以通過待在時間流速較慢的巨型引力場附近再出來的方式去到未來,星際穿越中描述過這種情況,黑洞附近水行星相對飛船上的時間是7年比一小時。人的一生大概三萬天,也就是72000個小時,也就是說通過這種方式最多穿越到五百萬年後,前提是你能活過80歲。
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  • 超越光速就可以時光倒流嗎?答案可能不是你想像的那樣
    在宇宙運動中速度的極限值是光速,因此很多人就提出,是不是一個物體運動速度達到了光速,那相對於這個物體的時間是不是靜止了呢?再進一步說,如果人類超越光速運動,那不就意味著時光倒流,回到過去了嗎。事實上是這樣嗎?
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    未來人類要想進行星際旅行,超光速技術是必須解決的一個問題,但是人類要想實現超光速飛行談何容易,目前人類飛行器創作的最快的速度記錄是17公裡每秒,相當於6.1萬公裡每小時,這個速度有多快呢?旅行者1號探測器地球的赤道周長為4萬公裡,旅行者1號需要0.65小時,也就是39分鐘左右;地球到月球的距離為38萬公裡,旅行者1號只需花6.2小時就可以走完;而太陽到地球之間的距離為1.5億千米,旅行者1號需要花2.46萬個小時,也就是1025天或者34個月才能走完日地間這段距離;這點速度實在太慢太慢了,根本無法進行星際旅行
  • 還在以為光速最快?科學家發現的另兩種速度遠大於光速!
    光作為一個物理名詞,其本質實際上是一段光子流,眾人以及偉大的物理學家愛因斯坦也包括在內之所以強調光速是最快的,是因為光子的質量為0,再根據質能方程(E=mc^2),只有質量為0的物質,才有可能被加速至光速,而自然界中決沒有第二個質量為0的物質,因此有光速不可超的說法。
  • 在《GTA5》的世界中「超越光速」會怎樣?洛聖都時光倒流?
    現實中總會有人會超越光速後就可以達到穿越時空的效果,但其實超越光速後,我們只能看到幾千或者是幾萬年前的場景而已,就比如說夜晚的星星,發射出來的光芒,其實是幾千萬年就已經發射出來的,光的傳播也需要速度,那麼在洛聖都這個虛擬世界當中,當我們超越光速後會怎樣呢?
  • 認為光速最快?已知的三種現象完虐光速,如何解釋?
    1905年,愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,在我們宇宙中任何粒子都有一個極限速度,這個速度正好等於真空中的光速。任何沒有質量的粒子(光子、膠子)它們生下來就以光速運動,而任何有質量的粒子它們的運動速度只能無限的接近光速,不能達到更不能超越光速。
  • 宇宙中光速並非最快,四種超越光速的速度,你會知道幾個?
    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。為什麼會這樣?這是否意味著法律中存在「光速不能超過」的錯誤?
  • 還認為宇宙中光速最快?科學家:錯了!這3個速度遠超光速
    因為質量和能量是等效的,所以質量只是能量的另一種表現形式而已,一般情況下一個物體所包含的能量分為兩種,一種是動能、一種是靜止能量(E=mcd^2)。僅僅差了0.0000000000000008米/秒,這說明光速確實是物質粒子的速度極限,無論你怎麼折騰都無法超越,只能無限接近。因為一旦超越光速,整個宇宙的因果律都會出現問題,例如一顆子彈的速度如果超越了光速,那麼在你看到持槍人扣動扳機之前,子彈就已經殺死了那個人,一旦這種卻情況出現,那麼宇宙也將會變得混亂不堪。
  • 光速旅行的幾種方案,其中之一是近光速唯一理論方案
    對於浩瀚的宇宙,人類實在是太渺小了,也沒有足夠的認知去了解宇宙,自愛因斯坦提出質能方程以來,我們知道,人類所能達到的最大速度為光速,但是這在人類的理論中似乎不可以實現,那麼近光速旅行可以嗎?而據測算,一艘重量為100噸的宇宙飛船,速度要想達到光速的40%,需攜帶的反物質相當於80艘超級油輪的裝載量。而且,反物質只要和物質相遇就要湮滅,如何保存大量反物質也是極難克服的困難。
  • 物質不可能從有到無再還原成原來的有,超越光速是一個錯誤嗎?
    2000年7月,由於英國《自然》雜誌發表了一篇關於「超光速」實驗的論文,引起了人們對超光速到底是否存在的討論。在科幻作品中最常出現的就是穿越時空的橋段了但對於現在的我們來說有點天方夜譚。時間簡史裡有提到以光速飛行會導致不同的時間流速以固定觀察者的時間流速作為參照就像穿越了時空。愛因斯坦的相對論斷言光速是任何物質在真空中的最快速度,小說家的幻想沒有依據。一些歐洲科學家在實驗中發現,中微子速度超過光速。
  • 為什麼愛因斯坦狹義相對論中的光速不能被超越?
    在宇宙中,物體(能傳遞信息)最快的速度是光速,而且物體速度在光速的情況下,會發生很多神奇的事情,比如物體的速度達到光速,時間就會停止,按照狹義相對論的說法,任何有質量的物體都無法達到光速,只能逼近光速,更是不可能超光速。那麼速度的上限就是光速了嗎?