如果,一個物體運動的速度超過了光速,我們能夠看見它嗎?

2020-12-17 天文在線

事實上,你可能會看見它,這時它剛剛經過你的身旁。但是當這個物體向著你的方向超光速駛來的時候,你卻沒法看見它,就算它是在你的視線當中!假設一個物體的速度是超光速的,那麼從物體上反射出來的光線到你的眼睛接受這個光線的時間就會被延遲。此時,這個物體會比它身上所反射出的光先接近你,當物體經過你的身旁時,物體所反射出來的光才到達你的位置。當物體經過你的身旁時,它一直保持著隱形的狀態,直到它身上反射出的光線在一定時間內被你所接收。 在現實生活中,如果存在著這樣高速運動的物體,它可能會留下一個藍紅色模糊的形象,這是由於我們的大腦的處理時間有限。這裡出現的超瞬態,藍紅移動的光,是由於「都卜勒頻移」,這將會在下面作出解釋。

源點的運動引起波長變化

當物體正在穿過或剛剛穿過你時,首先你會看到藍移的光接近你(由于波長的聚集或縮短導致隨著光的頻率增加,對於一個靠近的物體會發生都卜勒藍移),然後你會看到當物體遠離你時來自它紅移的光(由于波長的伸展導致隨著光的頻率減小,對於一個遠離的物體會發生都卜勒紅移)到達你的時間較晚,還會導致雙向出現的分裂圖像!圖像會是模糊的。

天鵝周圍水流的都卜勒效應

一種更簡單的表述方法是你會看到來自物體的藍移光,而離開物體的紅移光會在物體經過後導致反方向的分裂圖像(以下是我的文學表述:我沒有看到你經過,但你在分裂圖像中是又藍又紅的,這是為什麼?這是如何發生的?)這種情況與一種不太複雜的情況類似:一家超音速飛機經過你時,你並沒有聽到它的聲音,但當它經過你身邊後,你卻聽到了它的轟鳴聲,聲音的傳播是滯後的。

不過,光的情況要複雜得多,這一點你可以從上面看出。饒有興趣的是,假如你沒有看到一個速度比光速大的物體接近(你沒有尋找距離,你也同樣錯過了藍移),一旦這個物體從你身邊經過,你可能會在看到物體前端之前首先看到物體後端,因為來自你較近一側的光線會比遠處的光線先一步靠近你!從理論上講,物體超過光速的速度越快,它經過你之後的時間會越長。如果你錯過了靠近物體的延遲光,你會首先看到物體後面的紅移光(離你更近),然後是物體前面的紅移光(離你稍遠),並且物體可能呈拉伸狀,因為光到達你眼睛和大腦的時間會更長。

同樣的現象也會發生在假想的超光速粒子上。超光速粒子是一種微粒或物質,它的運動速度比光速還快,但是目前我們還不確定這樣的粒子是否存在。當物體的相對論速度非常接近光速時,上述現象與愛因斯坦-洛倫茲尺縮效應在位移方向上的表現不同。不過請注意,這並不是同一件事。

然而,這裡有一種特殊情況。當光穿過一種介質時速度會被減慢,小於光速,而那些從外太空或者反應堆內部來的核反應堆高能粒子(如中微子)穿過同一種介質時(例如水),可以以光速傳播或者是接近光速的速度傳播,這個速度要大於光在這種介質中傳播的速度。然後會發生什麼呢?接下來從那些粒子中輻射出的光也會同樣被延遲,這種光屬於藍色光譜,可以使核反應堆的水槽呈現藍色。

這是一種被稱作「契倫科夫輻射」的真實現象。它以俄國偉大的物理學家契倫科夫命名。契倫科夫也因在這個現象上的發現獲得了1958年的諾貝爾物理學獎。契倫科夫輻射是1987年探測到從外太空返回的中微子的基礎。如果不是1987年我們發現了中微子也有極小的質量,我們或許到現在都會以為中微子是沒有質量的。

中微子微小質量的發現也導致了1988年另一個諾貝爾物理學獎的產生。現在,我將討論與中微子有關的其他一些東西,它們帶來了一個有趣的想法和可能性。在1987年的觀察中眾多科學家發現,某些種類的中微子表現出來的特徵就像無質量粒子(例如光子)。這些中微子可以以光速傳播,儘管它們有微小的質量(根據狹義相對論,中微子的傳播速度極快,接近光速,但不能達到或超過光速)。這是粒子和相對論物理研究的一個盲區,沒有人想過在這方面的問題做些解釋。

可當有質量的東西涉及於此的時候這怎麼可能呢?? 那在不違背愛因斯坦狹義相對論的條件下中微子轉變成「無質量狀態「可不可以做到呢?據我所知答案來源於狹義相對論本身和愛因斯坦質能方程。 很有可能的是,遵循於愛因斯坦質能等效關係,在漫長的星際旅行中,中微子可以轉變成能量形式,表現得更像是「無質量粒子」,例如我所推測的光子。我們還不知道質量極小的粒子如何天然地轉變為能量並表現為像光子一樣的「無質量的粒子「,它們是怎麼並何時」知道「這樣做的,或者如有需要它們是如何被自然」編程「來達到目的的?假設這就是所發生的並且似乎是種自然驅動機制,那麼具有極小質量的粒子就可以根據質能方程進行能量轉化,從而能夠表現得像」無質量粒子「和光子。

我已經在我的很多文章中從科學直觀合理的角度寫下了這種可能性,這其中沒有受益於任何早在2017年的信息和數據,並且最近發現,關於我所謂可能的」基於需求的轉化「(我的話)在一些科學圈子正有類似的考慮,但是」了解需求「並激活這種轉化的操作仍然不清楚…在這種情況下,中微子和具有類似行為的其他粒子應該能夠在質量和能量之間來回切換,因為它們將是等效的轉換! 這些想法似乎有一種「悄悄地」神秘的氣氛。 我認為人們可以肯定地說,自然在乎它,並且在法律,原則和活動中也具有可轉換性,隨著時間變化,更多證據的積累使這一點變得更加清晰。

相關知識

真空中的光速,通常用c表示,是一個普遍的物理常數,在物理學中很多領域都很重要。它的確切值被定義為299792458 m/s(大概等於300000 km/s,或者186000 mi/s。它的值是確切的,是因為根據國際協定,「一米」被定義為在1/299792458 s的時間間隔內,光在真空中行進路徑的長度。根據狹義相對論,c是常規的事物和信息傳播速度的上限值。

雖然這個速度通常是表示光速,但它也是所有無質量粒子和場波動在真空中運動的速度,包括電磁輻射和引力波。不論它們源的運動或者是觀察者的慣性參考系如何,這種粒子和波都是以c(光在真空中的速度)運動。具有非零靜止質量的粒子的運動速度可以接近於c,但是永遠無法達到此速度。在狹義相對論和廣義相對論中,c 用於聯繫空間和時間的關係,它也同樣出現在著名的質能方程 E = mc2。

FY:天文志願協作小組

相關焦點

  • 如果物體運動速度超越了光速,我們還能看見它麼?
    想看見比光還快的物體?這兒有一張照片:(這是在核反應堆周圍正在冷卻的水)。你現在看到的叫做切連科夫輻射…其實它是當粒子在介質中的運動速度超過光速時產生的衝擊波…圖中的介質為水。「光速」其實是兩個微粒之間的相互作用時的傳播速度。這意味著如果兩個微粒彼此作用,它們之間的相互作用就會以光速發生,值為c。問題下已經有人回答了。比如理察.西摩談到了在真空中的光速(光在沒有任何幹擾的情況下向前傳播)和在介質(例如空氣或水)中的光速之間的差異。造成這種差異的原因是,光與我們所想的不同。
  • 從多高的地方落下,物體的速度才會超過光速?
    狹義相對論告訴我們物體是不可能達到光速的,因為會有一個質增效應,接近光速時質量趨近無限大,因此無論怎麼加速都不能讓它再加快一點速度!但有網友提出了一個尖銳的問題,萬有引力定律告訴我們,天體的引力和它們的質量成正比,質增效應導致引力增加,物體靠近速度會更快,如果有一個足夠大引力和無限遠的自由落體距離,物體會超過光速嗎?
  • 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。
  • 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
    那麼光速真的是宇宙中最快的速度嗎?可能有人會說了,這不是廢話嗎?科學家都證實了愛因斯坦相對論是正確的,還有什麼疑問?其實這裡很多人對相對論速度的限制有一個誤解。相對論認為速度的極限是光速,它有一個前提條件那就是在一個穩定平坦的時空中穿梭。
  • 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?
    比如有黑白兩個球,開始都位於位於某點A,然後以相同速度朝著相反方向運動,運動t時間後被距離A點相同距離的BC兩個人接收到,B在拿到某個球的瞬間肯定就能判斷出來C拿到的是另外一個顏色的球,但是這又能怎麼樣呢?物質和能量還是按照小球的速度在傳遞,肯定超過不了光速,至於信息麼,這種方法不能達到B向C「主動」發送信息的目的。
  • 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?
    愛因斯坦在回答這個問題之前,我們先來了解一下關於光速的有關知識。愛因斯坦相對論中的確把光速的大小確定為物體運動不可超越的速度。下面來詳細談談。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。
  • 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
    只有人類進入科技時代之後,有了飛機這樣的航空工具之後,我們才有了走遍地球的希望。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。
  • 宇宙最快星系,遠離速度達2.3倍光速,為什麼它沒有違背相對論?
    根據相對論,物體的速度並不是無限提升,而是有一個限制,那就是光速。不管物體的速度有多快,它最多只能無限接近光速,在很多人看來,超光速現象是不存在的,那事實真的如此嗎?當然不是。事實上,在浩瀚的宇宙中就存在超光速現象,比如宇宙的膨脹,要知道宇宙大爆炸到現在是138億年,而目前人類可觀測宇宙範圍達930億光年。
  • 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。
  • 還在以為光速最快?科學家發現的另兩種速度遠大於光速!
    可是宇宙之中又的的確確存在超光速現象,那麼就有很多人納悶了,這難道不和愛因斯坦相對論中的光速不可超理論相悖嗎?其實不然,愛因斯坦雖然限制了自然界中物體的速度不能達到也不能超過超光速,但這句話的限制條件是物體的靜質量不為0,也就是說,靜質量為0的物體,達到或者超過光速還是有可能實現的。
  • 為什麼引力速度必須等於光速?
    但是這樣的假設也會存在一些問題,如果引力的作用是瞬時的,那麼在宇宙中所用存在物質的引力就會瞬間互相疊加,變得無限大,整個宇宙也會不可避免的崩塌,宇宙膨脹也拯救不了宇宙,因為膨脹的速度是有限的,而牛頓的引力是無限的。除此之外還會存在一個問題,如果光速是有限的,引力是無限的,那麼我們常常都會感受到來自其他物體的引力作用,而看不到這個物體的存在。
  • 人以光速運動會長生不老嗎?相對論解開謎題,但最後結果讓人意外
    如果人類以光速運動就可以長生不老嗎?這是一個關於時間的相對性的問題,所以討論這樣的問題我們要用到產生時間相對性問題的一個科學理論——相對論。這一篇就是我們所說的建立人類全新時空觀的物理理論——狹義相對論。同年他發表了另一篇關於狹義相對論的重要論文:《物體的慣性跟它所含的能量有關嗎?》,在這篇論文中他給出了著名的質能方程:E=mc^2。但討論時間相對性的問題我們其實只需要第一篇(《論運動物體的電動力學》)。
  • 光速已是最快速度,但如果兩光子背向運動,相對速度會是多少?
    好吧,恕我直言(我認為你是一個非常聰明和精通物理的人),我找到了你的答案(維克多·T·託特的答案是,如果宇宙中的最高速度是c,那麼光子朝另一個光子相反方向運動的速度是多少?)有點誤導。請告訴我哪裡錯了。首先,這個問題至少還需要一個精度:OP所指的參照系是什麼?
  • 兩艘0.6倍光速的飛船,相對飛行,它們相對速度能否超越光速?
    有質量的物體隨著運動速度的增加,慣性質量會隨之提升,而慣性質量就等效於引力質量,質量增大了,繼續加速所需要的能量也就隨之增大,而隨著速度接近於光速,物體的質量會趨近於無窮大,而繼續加速所需要的能量也就趨近於無窮大。在宇宙間無法獲得無窮大的能量,所以自然也就不可能把一個具有靜止質量的物體加速到光速。
  • 到達宇宙邊緣要多大速度,超光速是否可行,未來有這個可能嗎?
    本文基於回答這樣一個問題:假如現在發明出速度達到一秒一光年的飛行器,能發現宇宙的邊緣嗎?這種光速問題很多,我也回答過許多次了。目前的理論限制了這個世界不可能存在達到光速的飛船,更不可能超過光速,所以回答此類問題多屬扯淡。我們科普作者的責任就是儘可能把這種扯淡題弄得靠譜些,有一點點科學依據。
  • 如果一根針以光速撞向地球,會發生什麼?後果我們無力承擔!
    如果一根針以光速撞向地球,會發生什麼?後果我們無力承擔!我們知道速度越快,物體的質量會變得越來越大,就像是你朝著一個方向不斷地前進,並且加速的過程中你會感覺越來越費力,但是速度卻並沒有明顯的增加。也是由於這樣,我們只能無限的接近光速,卻無法實現真正的光速飛行,除非在物體運動的過程當中質量會變得越來越大。
  • 除光以外,我們所知的宇宙間移動速度最快的物體是什麼呢?
    它的洛侖茲因子的驚人的每秒3200億-參考系與超過10000年的我們,或儘可能多的時間以來經過文明的黎明,它攜帶儘可能多的動能棒球投球接近每小時100公裡。它的移動速度十分接近光速,以至於如果它和一個光子共同在銀河系的一端出發,當它們都到達另一端時,光子僅領先它不到半釐米。
  • 在知乎回答:開著手電筒跑步能否使光傳播速度超過真空光速?
    我也曾經拿這一點作為很重要的論據,但是後來有人提醒了,就算沒有長時間大範圍的真空,短時間小範圍的真空總是沒有辦法否認的,所以,如果我們仔細考慮這個問題,我們沒有必要去反對真空中的光傳播速度,問題仍然在於找到這個介質。真空中的光速可以有一個很好的提示,那就是「光的傳播介質可以不是物質」。我是非常支持這個觀點的。其基礎是「光傳播需要介質」以及「真空中沒有物質」而又有「光可以在真空中傳播」這個事實。
  • 為什麼一個物體接近光速時,時間會變慢?
    讓我們先退一步,回顧一個事實:根據狹義相對論的假設,一個物體接近光速(或者任何速度)的時候,時間都不會變慢。一種專門設計用來量化時間的儀器在運動或相對於觀測者運動時(速度接近光速),時鐘會走得更慢(稍後會詳細介紹)。愛因斯坦所描述的鐘的類型是一個特定的性質和設計的一個「光子鍾」。
  • 一個質量為10kg的鐵球,以接近光速的速度撞擊地球,會發生什麼?
    那麼我們來假設一個問題:一個外太空鐵球,不管他多大多重多難看,經歷了漫長的旅途,在與地球撞擊時,假設它的靜止質量10kg,速度為光速的99.9999%,會發生什麼?首先,你如何做到光速呢?從我們已知的所有事物中,什麼物體的運動能達到或者接近光速呢?有的那也是理論而已!其次我們研究更深層次的問題:什麼是質量?什麼是光速?光又是什麼呢?