太空中最快的速度不是光速。有哪些超光速现象?
但我相信大多数人都不知道,宇宙中还有很多“超光速事件”,这些超光速事件无论从理论分析还是观测结果来看都是真实存在的。为什么会这样?“光速不可超越”定理是否有误?
其实这个定理没有错。错的是大多数人并没有真正理解这个定理,或者说大多数人在这个定理上犯了逻辑错误。
说到光速,就不得不提到人类历史上最伟大的科学家之一阿尔伯特·爱因斯坦。他打破了传统的时空观,开启了光速作用于世界观的认知。
早先人们普遍认为光可以瞬间到达目的地,同时认为宇宙是一个无限延伸的空间,但爱因斯坦终结了这一切。他的相对论给我们带来了对光速全新的科学认识,也得到了几十年实验理论的印证,证明了其正确性。
那么既然相对论是正确的,为什么宇宙中的速度比光速还快呢?主要原因是大多数人没有意识到物理学的严谨性。爱因斯坦多次说过:“真空中没有什么能超过光速”。
他的话不是随便的,而是非常认真严谨的。这句话里的“什么”字代表了一个关键特征,就是必须有“素质”。
根据狭义相对论,“C”代表光在真空中的传播速度。任何有质量的物体在真空中都无法达到光速,因为当物体无限接近光速时,其质量也会趋于无穷大。同理,光之所以能达到光速,是因为组成光的光子没有质量。
现在人类制造的粒子加速器虽然可以加速粒子,但是只能加速到光速的99.99%,根本达不到光速。主要原因是爱因斯坦的“无限质量”。
看到这里,你可能已经明白,宇宙中很多“超光速现象”其实并不违反狭义相对论,因为狭义相对论只定义了具有质量的物质。
也许你很好奇,宇宙中除了光子还有什么东西没有质量吗?其实我们人类的认知有很大的局限性。宇宙中很多东西都是无质量的,比如空间,比如占宇宙96%的暗物质和暗能量。按照人类目前的技术,它们是无质量的。之所以会出现这种矛盾,很可能是因为我们对宇宙的认识还不够深入。
说到这里,我们再来看看宇宙中我们人类目前所熟悉的五种“超光速”现象,也看看我们知道的有多少。
首先,大爆炸时刻
根据近百年来对宇宙的观察和研究,科学家认为我们现在所处的宇宙是由一个密度、质量无限大、体积无限小的“奇点”爆炸产生的。
在这次形成宇宙的爆炸中,爆炸的初始速度远远超过了光速,因为这个过程伴随着时空的出现,包括“光速”在内的所有概念都只是空间中的一个小游戏,空间的膨胀速度比光速快得多。科学家将这种情况称为“视界问题”。
虽然爆炸前期的情况比人类理解的要复杂,但空间的超光速现象本身并不违反爱因斯坦的相对论。
第二,脉冲星和黑洞
来自加拿大的一个天文观测小组意外地在脉冲星附近发现了一些奇怪的电子。这些电子跑得很快。单从数据来看,可以反映出这些电子的速度已经超过了光速,甚至在其周围出现了空间扭曲的现象。
此前,美国国家航空航天局科学家还发现黑洞周围的粒子会有超光速现象。他们认为是因为周围黑洞产生的空间排斥力,在这种力的长期作用下,一些物质会脱离空间,离开黑洞后短时间内会出现超光速现象。目前,这一理论已经得到科学界的广泛认可。
看到这里,相信你已经发现,在脉冲星和黑洞附近观察到的超光速现象,其实有一个* * *相似性,那就是都伴随着空间的变化。
第三,宇宙的膨胀速度
相信大家都知道宇宙在膨胀,但是你知道宇宙的膨胀速度远远超过光速吗?根据大爆炸理论,宇宙自诞生以来已有654.38+038亿年的历史,但目前可观测的宇宙直径超过920亿光年。
很明显,在1380亿年的时间里,光根本无法覆盖920亿光年的距离,所以这种现象的唯一解释就是宇宙的膨胀速度远大于光速。
当然,和前面的原理一样,空间膨胀的速度远远超过光速,这并不违反爱因斯坦的狭义相对论。
第四,量子纠缠效应
量子纠缠现在为大多数人所知,主要有两个原因。一方面是中国在量子纠缠研究方面处于世界前沿,另一方面是科幻小说《三体》中有利用量子纠缠进行超光速通信的情节。
根据量子理论,如果两个粒子“A”和“B”相互纠缠,即使这两个粒子被放置在相距数百亿光年的宇宙两端,只要A做出一个动作,B就会与A同步做出同样的动作,反之亦然。这就是量子的纠缠效应,也是科学界著名的超光速现象之一。
动词 (verb的缩写)虫洞
自20世纪30年代虫洞理论诞生以来,许多科学家都为此倾注了毕生精力,因为作为“超光速”星际旅行的一种替代方式,它对人类文明未来的重要性不言而喻。
当然,如果看起来对人类很有帮助,但是没有成功的希望,科学家也不会对这个理论有那么大的热情。正因为虫洞理论听起来不可思议,但在理论上是可以实现的,所以很多科学家都为此奉献了一生。
经过这么多年的研究,科学家认为,要打开时空虫洞,需要创造一个极端的物理环境,人为扭曲空间,从而实现宇宙中的两次超远距离交通,而且这种交通速度比光速快得多。
不得不说,虫洞理论并没有违反相对论,因为它并没有让交通工具获得超光速,而是直接改变了空间结构。
总的来说,目前人类在宇宙中发现的“超光速”现象都与空间有关,没有发现违反相对论的现象。当然,这并不意味着宇宙中一定没有违反相对论的现象。毕竟人类对宇宙的了解还是太少。