當前位置: 華文世界 > 科學

還以為光速是宇宙最快的速度?醒醒吧,這四個速度遠超光速

2024-06-26科學

假如我們接受因果性的現實,即原因始終先於結果出現,我們便需要認同這一基本的物理規律。

在宇宙中,所有帶品質的粒子,或任何能傳遞資訊的手段,其速度都必須低於真空中的光速。

光速的極限值為每秒299,792,458公尺,構成宇宙的粒子,如微中子、電子、質子和中子,其速度雖然極其接近,但永遠不能觸及這一極限。

這是因為品質與能量本質上是等同的,品質只是能量的另一種形式,一個物體的能量包括:靜態能量(E=mcd^2)和動能。

當你開始加速一個粒子時,隨著速度的提升,它的動能也隨之增加。當速度無限接近光速時,動能亦將變得無限大。

此時,粒子的總能量也將變為無限大,這也是為什麽我們常說無限接近光速的物質其品質會變得無限大。

要讓物質達到光速,需要無限的能量。由於我們可觀測到的宇宙是有限的,我們能獲取的能量也是有限的,因此無法將一個有品質的粒子加速至光速。

你知道人類目前創造的最快速度嗎?在大型強子對撞機中,我們已經將質子加速至每秒299,792,455公尺,與真空中光速的差距僅為0.000001%,幾乎達到了光速。

你可能會思考,差這麽一點點,是不是能量不夠?真想親手推一把那質子!那麽將來我們增強磁場、擴大環形對撞機的直徑,是否就能達到甚至超過光速呢?

事實上,接近光速並不復雜,關鍵看如何接近,最後的一點點往往是無法超越的。看看黑洞吧,它是宇宙中的巨獸,其磁場強度是對撞機的一萬億倍。

結果顯示,它產生的宇宙射線中質子的能量是人類制造的3600萬倍,但其速度仍然低於光速,為每秒299,792,457.9999999999999992公尺。

這僅差0.0000000000000008公尺/秒,說明了什麽?光速確實是物質體子速度的極限。無論如何操作,品質粒子的速度只能無限接近光速。

而那些無品質的粒子,如光子、膠子、重力子,這三種粒子天生就以光速運動。

那為何宇宙不允許品質粒子超過光速呢?

其實答案很簡單,我在一開始就提到過,存在因果律。如果物質能超過光速,整個宇宙將徹底混亂,並可能崩潰。

a想象如果一顆子彈超過了光速,你可能會在看到某人扣動扳機之前,就看到子彈已經致人死亡,即結果在原因之前發生。這樣的現實將變得完全混亂。

看看光子、膠子、重力子,這三種粒子負責傳遞電磁力、強力和重力,這三種基本力量將粒子結合起來形成萬物。

如果有物質的速度能超過這三種粒子,那麽這些基本力量將無法追上這種物質,怎樣將物質結合起來呢?是的,萬物將會崩解。

因此,某些物理規則是絕不允許被挑戰的。除非你能覆寫整個宇宙的基本設定。

然而,我還要說,宇宙中確實存在比光速更快的現象。但這些現象並不違反基本因果律,它們不傳遞任何資訊,也不影響基本力的傳遞。

因此這些現象在宇宙中是被允許的。

首先,就是宇宙誕生時空間的暴漲速度。

以前我們通常認為宇宙起始於大霹靂,從一個奇異點開始,時間從零開始。但自從暴漲理論提出後,我們不再這樣認為,這已是一個過時的概念了。

暴漲理論認為,時間並非從零開始,而是從10^-41秒開始,那時宇宙已經存在,其大小大約是地球到太陽的距離,一個天文單位。

當時空中並沒有任何物質體子,只有真空能量,而這種真空能量導致宇宙以指數級速度膨脹,並在10^-36秒時結束暴漲。

真空能量開始衰變成物質,產生了我們現在知道的以及未知的所有物質體子和反粒子,這一過程被稱為再加熱階段,也是所謂的熱大霹靂的開始。

因此我們所說的大霹靂並不是一個瞬間的爆炸,而是描述當時的熱膨脹狀態,沒有任何物體爆炸。

膨脹速度有多快?看看吧,宇宙誕生後的一秒,已達到1光年的範圍,一年內達到了銀河系的大小,這個速度遠超光速。

其次,現在宇宙的膨脹速度,在136億光年以外依然超過光速。

我們的宇宙仍在加速膨脹,這一點已被多次確認。宇宙的膨脹速率為每百萬光年20公裏/秒,意味著每增加1百萬光年距離,空間的膨脹速度就增加20公裏/秒。

這就像我們吹氣球,或在烤箱中蒸麵包一樣,宇宙正是以這樣的方式膨脹。按照這樣的速度計算,目前136億光年以外的星系,都在以超光速的速度遠離地球。

但空間本身的超光速並不違反狹義相對論的基本原理,因為物理法則從未規定空間如何行動,而是限制了品質粒子在空間中的運動。

你可能會問,那星系不也是超光速了嗎?星系的推移速度確實超過了光速,但它們並沒有相對於空間在運動,而是我們與星系之間的空間在膨脹。

第三,量子世界裏的纏結現象。

這個現象讓愛因史坦非常頭痛,因為它直接挑戰了他的世界觀。他認為這個世界是局部的,不能存在超光速,不存在所謂的鬼魅超距作用。

例如在量子世界裏,兩個相互耦合的伴生粒子就處在一個不確定的纏結態中,當我們測量其中一個粒子時,如果它自旋向上,那麽另一個粒子必定自旋向下。

神奇的是,不論這兩個粒子相隔多遠,這種超距作用依然存在,測量一個粒子,另一個會瞬間做出反應。

1964年,約翰·貝爾透過論文驗證了量子纏結的真實性,顯然愛因史坦錯了,但他的相對論依然正確,因為我們無法利用量子纏結以超光速的方式傳遞資訊。

原因在於,每次測量一個粒子時,粒子表現出來的狀態都是隨機的,因此無法傳遞資訊。

第四,介質中的超光速現象。

光不僅可以在真空中傳播,也可以在介質中傳播,但光在介質中的速度會降低,其中有效光速為c/n(n為介質的折射率,總是大於1)。

因此,光在水中的速度為0.75c,這個降速相當顯著。例如在核子反應爐中,釋放的電子速度非常接近光速,因此此時的電子實際上比光子跑得更快。

反應爐發出的幽幽藍光,正是電子突破光障時產生的切倫科夫放射線所致,這是一種光學「沖擊波」。

總結

宇宙中的速度極限應該這樣表述:傳遞資訊的速度不能超過真空中的光速。而不應該表達為光速不可超越,這種表述是錯誤的。

如果未來我們能夠制造出蟲洞,即將時空折疊,我們就能突破距離的限制,前往宇宙的任何地方。但在真空中達到或超過光速旅行、傳遞資訊是不可能的。#深度好文計劃#