搜索
写经验 领红包
 > 知识

为什么光速不能被超越(光速为什么不能达到)

在生活中,很多人可能想了解和弄清楚为何光速不能被超越——带你走近光的秘密的相关问题?那么关于为什么光速不能被超越的答案我来给大家详细解答下。

为什么光速不能被超越(光速为什么不能达到)

根据爱因斯坦的相对论,光速是宇宙中最快的速度,被称为“宇宙的速度极限”。

光从某种意义上来说,代表因果关系的传播。比如看见足球入网、彩虹出现、飞机起飞等事件,代表了一连串的因果关系,只有当球员将球踢向球门,我们才能看见进球的精彩瞬间。如果速度超过光速,将违反因果关系原理,我们将可以任意改变历史和未来。好比扣动扳机之前,我们超越光速,赶在子弹击中目标这一因果关系发生之前,在未来制造一场大风,现实中准备射击的射手,受到本该不会刮来的大风影响,不得不接受子弹未能命中目标的结果。再比如,我们追上100年前的光,来到祖父辈生活的年代,我们开枪击杀了先祖,这显然违背了事件发生的因果关系,没有祖辈的存在,怎么会有我们呢?

光速的秘密

在探究光速之前,我们必须知道光速到底是什么,它意味着什么,走出关于“速度极限”的思维误区。

光的传播速度因介质不同而有所区别,光在真空中的速度(或光子的速度)正好是每秒30万千米(实际为299792.458km/s,一般取300000km/s),这也是光的最快速度。光子之所以能以这个速度运动,是因为它们没有质量,或者没有“重量”。

希格斯场

宇宙中的每一个粒子(包括光子)都在所谓的“希格斯场”中移动或“游泳”。由于和“希格斯场”的相互作用,粒子获得了质量。不同的粒子以不同的强度与“希格斯场”相互作用,这就是为什么有些粒子比其他粒子更重(质量更大)的原因。但光子是一个特例,光子穿过希格斯场,但与“希格斯场”完全没有相互作用。

这是什么意思?

由于光子不与希格斯场相互作用,这意味着它们没有质量,因而光子可以自由地以尽可能快的速度移动,这就是我们测量到的光速。为什么光速没有慢于或快于每秒30万千米?这是因为在宇宙大爆炸发生之后,光的速度作为宇宙常数被确定了下来,就像圆周率永远等于π一样,不可能变为其他的常数。

光速不变的原理(即不管以什么参照系作比,光的速度都是恒定值),就像引力不会颠覆一样。如果我们的宇宙只有两个空间维度而不是3个(如果包含时间的话是4个),那会是什么样子。当宇宙在大爆炸的那一刻,万物被创造出来的时候,这些常数包括光速就已经被设定好了。

速度极限

有质量的粒子需要能量来加速,一个粒子的速度越接近光速,需要的能量就越多。这是因为粒子自身的质量与速度的增加成正比。简而言之,你跑得越快,就越重。

大型强子对撞机

如果把一个电子加速到“光速”,则需要无限的能量,因为电子将会变得无限重。就算耗尽整个宇宙的能量,也不能推动一个电子达到光速。

光子视角

爱因斯坦阐明狭义相对论的方法之一,是从光子的角度想象宇宙的样子。一个以光子形态存在的生命是非常奇异的。当空间分量运动速度达到光速,时间分量则变为0,对于以光速飞行的光子来说,没有时间这个概念,一切似乎都在瞬间发生。对于光子所处的世界来说,时空结构完全崩塌,不存在时间,v×t恒等于0,也没有距离,以我们的理解来看,光子生活在一个点状空间中。

想象一下,你是一个光子,由一个40亿光年外星系中的恒星产生。从我站在地球的角度看,你花了整整40亿年才从那颗恒星到达我眼睛的视网膜。从你的角度来看,前一刻你被创造出来,下一刻,你就被我的眼球吸收了,你没有经历时间的流逝,也没有跨越万水千山,你的出生和死亡是瞬间发生的。当你接近光速时,时间会减慢,达到光速时,时间会完全停止。这也是为什么没有东西能比光更快的另一个原因。就像时钟停止转动后,我们找不出比完全为零时间更小的时间单位。

应该把光速看作是“无限的速度”,而不是将光速与任何其他有限的速度类比,限定在每秒30万千米。仅仅从外部观察者的角度来看,光速是有限的,但从光子的角度来看,它是无限的。如果你以光速移动,你可以在零秒内到达任何地方,无论多远。

切伦科夫辐射

在现实世界中,有一个超光速(比光速还快)旅行的例子,这就是切伦科夫辐射。光子在真空中的传播速度达到最快,但光子的速度会因传播介质的不同而发生改变。光在水中传播时,光子被减慢到正常光速的四分之三。

在核反应堆中,带电粒子通过水中的放射性棒来提升速度,粒子获得加速后,其在水中的传播速度超过光速,由于这些粒子含有电荷,它们会释放出一种叫做切伦科夫辐射的能量,从而使水发出怪异、神秘的蓝光,这种现象又可称作“光爆”。切伦科夫效应就像超音速飞机超越音速时,在飞机头部形成空气波,强压空气激波传递到耳膜中时,我们就会感受到“音爆”效果。当然这不是真正意义上的超光速,超光速是指超越真空中光子的传播速度。

引力速度

这是一个有趣的问题,很多人可能想不到,引力也有速度吗?如果有,那是什么?

引力实际上是有速度的。从理论上讲,引力的速度和光速是一样的。引力以引力波的形式向外辐射传播,维持时空弯曲的基本性质。引力波的传播速度和光速一样,在创世开端就已经被设定好了,引力波比电磁波更具穿透性,能够透过星体到达我们的探测器。如果太阳在这一刻消失,由于已经产生的引力波仍在路上,地球将继续按原来轨道运行8分钟(这是太阳光到达地球所需的时间)。8分钟后,再无引力波维持地球轨道结构,而使得地球沿轨道切面向外飞出。

尾声

总之,没有什么能比光速更快,光速可以称作为无限的速度。然而,漏洞确实存在,这个漏洞需要对时空本身的结构进行控制或扭曲,就是我们通常所说的曲率引擎加速。欢迎在评论区留下你宝贵的想法

温馨提示:通过以上关于为何光速不能被超越——带你走近光的秘密内容介绍后,相信大家有新的了解,更希望可以对你有所帮助。