光速能夠被超越嗎?超光速讓時光倒流能實現嗎?

2020-12-26 大臉科學視野

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

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。但是我們可能並沒有注意到,科學家在定義這個速度的時候有一個前提,那就是在真空中傳播的速度。如果說光在任何環境下的速度,那麼這個速度並不是不可超越的,真正不能超越的是光在真空中的速度。

光速被超越的情況

事實上,在一些介質中,光的速度是沒有真空光速快的。這時如果某些物體(或粒子)的速度大於介質光速,就會發出電磁輻射,我們將它稱為切倫科夫射線。例如,光在水中的速度僅有真空光速的0.75倍,這也是我們為何能在核反應堆周圍看見藍光的原因。

由於光在重水裡的速度偏小,被粒子加速器加速的帶電粒子在水中傳播的速度就會超過光速,因此會發出藍色輝光的切倫科夫射線。

這種現象的原理就和「音爆」現象類似,當飛機的速度超過空氣中的聲速時,就會受到空氣塊的壓迫,我們將其稱為音障。飛機突破音障之時就會產生巨大的爆破聲。而當帶電粒子在水中的速度超過光速時,就會以藍色輝光的形式將能量釋放,產生「超光速」。

真空能夠實現超光速嗎

剛才我們也講到,介質中的光速是可以被超越的,那真空中是否可行。這裡我們就要定義一下什麼才能被稱得上超光速。其實宇宙中超光速並不是不可以,宇宙本身膨脹的速度就是超光速的。量子力學中的量子糾纏從理論上來講也可以算得上信息的超光速傳遞。

既然這麼多現象都是超光速的,為何光速還是被認為是速度的上限。這裡我們不得不提到另一個前提條件,那就是質量。另外相對論也有自己的局限,並不能完全的解釋快子,更不能解釋普通物質在時空中的超光速的現象。在狹義相對論中,快子有質量也有信息,然而它的速度確是不能低於光速的。

不過,快子是否存在本身在物理學界就存在爭議,而超光速也只是在數學上成立的假設,至於觀測到的宇宙超光速更是無從解釋。

光速被超越時光會倒流嗎?

速度本質上其實是一個物體在單位時間內空間位置的轉移。愛因斯坦也曾提出,要保持光速不變,一個物體如果要保持速度,就得在空間和時間上做出調整。速度是相對的,而光速的不變則意味著它是絕對的。

如果一輛汽車以光速在向前運動,根據「都卜勒頻移」現象,光的波長就會縮短,我們所看到的汽車長度也會變短。這時的時間也會變得極其緩慢,仿佛就像靜止一樣。當時間超過光速,那麼時間就有可能發生倒流。

當然,這一切都是建立在相對論的理論基礎之上,對於它的驗證還有很長的路要走。不過,如果有一天超光速真的讓時光倒流了,你會願意嗎?

相關焦點

  • 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?
  • 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?
  • 為什麼光速是不可超越的?超過了光速,時間就會倒流嗎
    大部分有物理基礎的人都知道光速不可超越原理。光是宇宙中的一種暗物質,它與某些外界能量互動時,會變成肉眼可見的狀態。 我們可以把光當做以太,它如同空氣一樣,無時無刻都存在著,黑暗的空間並非沒有光,而是由於沒有外部能量的激發,暗物質處於肉眼觀測不到、不可見的一種狀態。
  • 如果超越光速真的可以回到過去嗎?「祖父悖論」已經說明了一切!
    如果人類可以超越光速,真的能夠實現時光倒流嗎?愛因斯坦曾經在相對論中提出:當物體的移動速度達到光速時,時間就會趨於停滯;隨後很多人便提出猜想,如果人類能夠以超光速運動,那是否就意味著我們可以回到從前,進而輕鬆改變歷史呢?
  • 光速是宇宙中最快的速度嗎?其實它早已被打破,超光速早就出現了
    而人類對於宇宙的初步了解,也正是人類實現了更快的速度,突破了地球的束縛,走出地球才知道的。如果人類現在還無法走出地球,那我們對宇宙的認知也不會有太多,最多比古人了解得多一些。由此可見,人類文明想要不斷升級,一步步成為宇宙的高級文明,就離不開速度的不斷提升。那麼速度能夠無限提升下去嗎?在愛因斯坦相對論沒有出現之前,人們都認為,速度是沒有極限的,它可以無限提升。
  • 曲率引擎可以超越光速嗎?
    科幻小說我們經常能聽到曲率引擎這個名詞,曲率引擎是什麼,能說清楚的沒有幾個人。今天我們來探索一下曲率引擎的來龍去脈!這就是曲率引擎的強大之處,而一旦實現該技術,人類不僅解決了多年的光速局限問題,就算是穿越這種話題也不再是夢想。然而,如果我們在飛船外面觀察,是看不到空間彎曲的,而是認為飛船速度加快了。3、曲率引擎可以超越光速嗎?
  • 光速為什麼不可以超越?愛因斯坦早已說出原因
    光的速度是宇宙中最快的300000公裡每秒的光速,目前被認為是世界上最快的速度,以光速往返地球和月球只需2秒,往返地球和火星只需3分鐘,往返地球和太陽只需8分鐘,可見光速有多快,速度如此之快,讓人類做夢都想要擁有它,人類幻想以光速穿越太陽系,幻想駕駛光速飛船穿越宇宙,幻想用光速突破宇宙,實現文明的提升,但理想是美好的,現實是殘酷的,雖然人類知道掌握光速的好處,但光速幾乎是不可能的
  • 相信很多人都有過這樣的幻想,時光倒流是否能夠實現
    相信很多人都有過這樣的幻想,能夠穿越時空,去到古代或者將來,有的人想去古代一睹古人的生活方式,有的人想看到將來的自己,並且在愛因斯坦的相對論中,在速度允許的情況下,人類是能夠「穿越時空」,並且在一些神秘事件上,也有關於時光倒流事件的發生。
  • 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。
  • 如果人類造出了光速飛船,我們能夠駕馭嗎?答案讓我們沉默
    有了超快的速度,我們不僅能夠探索地球這個世界,而且能夠走出地球探索宇宙這個更加浩瀚的世界。在人類的認知裡,只要速度夠快,我們就可以走遍宇宙的每一個角落,可事實上,愛因斯坦相對論告訴我們,速度有光速的限制,不管物體的速度有多快,都只能無限接近光速。對於現階段的人類文明來說,能夠實現無限接近光速這樣的速度,那已經是不可思議的事情。
  • 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。
  • 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?
  • 「時間倒流」真能被實現嗎?這是一個困擾世界的物理難題!
    「時間倒流」真能被實現嗎?一個困擾世界的物理難題,終於有定論了!一個困擾世界的物理難題——時間倒流在愛因斯坦的狹義相對論中提到,物體的運動速度越快,時間走的就越慢,當達到光速的時候,時間可能就會靜止不動了。因此,許多人都在猜測,如果速度超過光速,是不是也意味著時間可以倒流。
  • 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。
  • 轉動光源是否能讓光斑移動速度超過光速?真的存在超光速嗎?
    我們總不能說「爆炸」這個現象一秒鐘移動了一千光年,「爆炸」這個現象超光速了吧?量子糾纏不存在信息傳輸的過程,所以不受相對論光速極限限制,光斑也一樣,光斑只是隨著你搖動雷射筆,從一個地方消失然後出現在下一個相鄰位置,這個過程的不斷重複而已,每一幀光斑的位置之間不存在信息傳輸的過程,因此也不受限於相對論光速極限。
  • 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?
    而光速不變就更有趣了,大家都不認同這個假設,比如我們在火車上打開手電超前射出一束光,那麼這束光就是超光速的,很抱歉這樣理解是錯誤的,光速不與光源的速度相關,但頻率有關係(紅移或者藍移
  • 為什麼人在光速飛船上跑,也無法超光速?愛因斯坦:他膨脹了
    原問題是為什麼在光速飛船上跑步能否超光速?由於把飛船放在稱上稱重,它的質量不可能為零,而靜止質量不為零的物體並無法達到光速,因此飛船不能以光速飛行,我們暫且把它設定為與光速相差0.01m/s,下面我們來聊聊。
  • 《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。理論上,目前人類製造出最大當量的氫彈爆炸所釋放的能量,可以使「朱諾號」加速到10000公裡/秒,相當於光速的1/30。追上光速似乎有戲!但上述計算並未考慮相對論效應,根據狹義相對論,隨著速度的提高,物體的質量會越來越大。你可能會覺得匪夷所思,物體的質量不是它自帶的恆定屬性嗎,怎麼會隨著速度提高而變大呢?變大的質量從何而來?
  • 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?
  • 還以為光速是最快的?科學家:這4種現象跟光速比,堪稱「瞬移」
    很多人都有探索太空的想法,但是受限於我們人類飛船的速度太慢,而至今都只能徘徊在太陽系內,人類一直都致力於提高飛船速度,甚至達到或超過光速,來實現遨遊太空的夢想。一直以來,很多的科學家都表示,在人類所認知的宇宙中,任何物質幾乎都無法超越光速,換句話說,即人類已知的質量粒子都是無法超越光速的。小夥伴們可能已經開始質疑了:事實真的是這樣的嗎?真如科學家們所認為的那樣,人類已知的質量粒子都無法超越光速嗎?