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為啥不能超光速?愛因史坦:超光速會導致時間倒流,因果律崩潰

2024-08-27科學

根據科學家的研究得出,我們的地球誕生於46億年前,當時太陽系一片混亂,太陽誕生以後吸收了周圍大量的物質,所以太陽的品質占到了太陽系總品質的百分之99.86,剩下的八大行星和其它物質占到了太陽系總品質百分之0.14,從占比上我們就能夠看出太陽的品質非常大,在太陽系的八大行星當中,地球是唯一一顆誕生了生命的星球,生命的出現給地球增添了很多色彩,尤其是人類出現以後,解開了地球上很多的奧秘,人類作為地球上最有智慧的生命,從誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,不過人類之所以能夠看到宇宙,是因為人類擁有足夠的飛行速度。根據科學家的研究得出,飛出地球需要達到第一宇宙速度,即7.9千米每秒。

要確定飛出地球所需要的動力大小,需要考慮多個因素,首先動力要克服地球的重力,根據牛頓第二定律F=ma(其中F是力,m是物體品質,a是加速度),可以計算出所需要的力,以火箭為例,火箭的動力來自於發動機產生的推力,火箭在加速過程中,推力要不斷克服地球重力和空氣的阻力,隨著火箭速度的增加,所需要的動力也會發生變化。當人類走出地球之後,人類的好奇心被浩瀚的宇宙所吸引,人類想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中是不是還存在外星生命?帶著這些疑問,人類走上了探索宇宙的道路。根據科學家的研究我們能夠知道,宇宙非常廣闊,目前人類已知的宇宙直徑達到了930億光年,這個範圍對於人類來說非常大。

以人類的飛行速度,永遠都不可能飛到宇宙的邊緣,而且現在人類連太陽系都沒有辦法飛出去,曾經在40多年前,科學家發射了旅行者1號探測器,發射這個探測器的主要目的就是為了讓它飛出太陽系,探索太陽系之外的奧秘,但是這麽多年過去了,旅行者1號探測器還沒有飛出太陽系,科學家經過計算得出,如果按照它的飛行速度來看,想要完全飛出太陽系至少需要上萬年的時間,對於人類來說,上萬年的時間實在是太漫長了,所以人類還需要想其它辦法才行,目前科學家想到的最好辦法就是提升飛船的速度。不過根據愛因史坦的理論得出,人類最快的飛行器速度不能夠超越光速,只能夠無限接近光速。光速是宇宙中最神奇的速度之一,即使在宇宙中,光速也有著無可替代的地位。

牛頓時代的物理學,僅僅是把光速固定為一種極限速度,但是這種固定並不招致太多質疑,然後隨著愛因史坦相對論的提出,這一切都變了,愛因史坦將光速固定為我們宇宙中最極限的速度,不可被超越,光速大約是每秒30萬公裏,這個速度對於人類來說已經是天文數位了,看到這裏,可能很多人都會產生一個疑問,就是光速是如何計算出來的?最早計算光速的科學家是伽利略,1607年,伽利略讓兩個人分別站在相距1.5千米的兩座山的山頂,每人拿一盞燈,透過開啟和遮住燈來嘗試測量光速。比如,A在山頂開啟燈,B看到A的燈光後立即開啟自己的燈,A記錄從自己開燈到看到B的燈光的時間間隔,以此來推算光傳播這段距離所需的時間,進而計算光速。

然而,由於光速太快,當時的技術條件無法精確測量如此短的時間間隔,這個實驗最終以失敗告終,但伽利略是第一個試圖測量光速的人,開啟了人類對光速測量的探索。之後測量光速的科學家是羅默,丹麥天文學家羅默透過對木星衛星木衛一的觀測來測量光速。木星的衛星木衛一繞木星公轉,當木衛一進入木星影子時會發生「蝕」現象,類似於月蝕。羅默發現,隨著地球逐漸遠離木星,實際看到木衛一「蝕」的時間比根據木星公轉周期推算的時間要晚,而當地球逐漸靠近木星時,看到「蝕」的時間又比推算時間早。他認為這是因為光從木星傳播到地球需要時間,並且地球與木星的距離變化導致光傳播到地球的時間也相應改變。

羅默透過長期觀測和計算,得出光走過與地球軌域半徑等長的距離所需的時間約為11分鐘,並由此推斷出光速是有限的。惠更斯利用羅默的理論,計算出了第一個光速值:214000千米/秒。不過,這種方法依賴於對木星衛星的觀測,且受到觀測精度和天體運動復雜性的影響,光速的測量值不夠精確。不過在那個時期,能夠計算出這個數值來,也是一件非常了不起的事情,後來美國物理學家麥可遜用一個正八面鋼制棱鏡代替了旋轉鏡法中 的旋轉平面鏡,最終計算出光的速度是299796千米每秒,這個數值和現在的數值基本上是一樣的。光速對於人類來說非常快。如果說人類的飛行速度能夠達到光速,那麽將會產生一系列驚人的變化。首先從時間膨脹效應來看,對於以光速飛行的人來說,時間可能會近乎停止。

這意味著在外界的觀測者的視角中,光速飛行的人經歷的時間變得很慢,而且由於光速飛行,周圍的景象會發生奇特的變化,根據相對論,當接近光速的時候,都卜勒效應會變得非常明顯,前方的星光會發生藍移,波長變短,可能會使得原本不可見的高能射線進入可見光範圍,呈現出強烈的藍色甚至紫外線區域的光芒,不過愛因史坦認為,人類最快的飛行速度只能夠無限的接近光速,不可能達到光速或者超越光速,這是因為想要達到光速,所需要的能量是非常巨大的,根據愛因史坦的質能方程式 ,隨著速度接近光速,物體的品質會逐漸增大,推動其進一步加速所需的能量也會急劇增加。以目前人類的能源技術,遠遠無法提供如此巨大的能量。

而且高速飛行帶來的巨大能量也會對飛行器的材料和結構提出極高的要求。在接近光速的情況下,即使是微小的星際塵埃顆粒也可能具有巨大的破壞力,如同高能炮彈一般。因此,飛行器必須具備極其堅固和耐熱的材料,能夠承受高速飛行帶來的巨大壓力和能量沖擊。最主要的是會產生因果律,曾經愛因史坦在【解釋與經驗】一書中明確提出,如果一個事件A在另一個事件B之前發生,那麽A必然是B的原因,而B必然是A的結果。這就是說,事物之間並不是孤立的,而是彼此之間相互影響的,其原因和結果就是事物之間的聯系,愛因史坦有一個著名的思想實驗就是艾伯特與艾伯特。在某一個空間中,有兩個艾伯特(a、b)同時發生活動。

但一個只是在觀測,另一個是從某點發出一個訊號,發出後立即回收,當它進行觀測時,你會發現A和B也會有不同的結果,如果你看到A收到訊號,而B收不到訊號,那麽就是說,艾伯特A的訊號會受到影響,反之,當你看到B受到訊號而A收不到訊號,那麽就證明艾伯特B的訊號會受到影響,但是當你看到A、B都看到了訊號,卻沒有人受到影響,也就是說艾伯特A和艾伯特B之間是相互影響的,而且A和B之間關系存在著矛盾,這就證明了訊號的傳遞速度是產生變化的,但又無法確定訊號的速度。這便是愛因史坦所說的因果律的問題,除了這個之外,在科學界還有一個更加生動的悖論,這個悖論就是祖父悖論。

祖父悖論是在1943年由法國科幻小說作家赫內·巴哈劄維勒所提出的,自提出以來,就有無數的人試圖破解這一悖論。其大概意思是,你用時光機回到過去殺死了你的祖父,祖父死了意味著你的父親沒有出現,而沒有父親就不會有你,那麽是誰殺死了你的祖父呢?這個悖論反映了時間旅行可能帶來的邏輯矛盾,它挑戰了人類對於因果關系和時間愛你順序的傳統理解,如果時間旅行是可能的,那麽我們就需要找到一種方法來解決祖父悖論所提出的矛盾,否則時間旅行的概念就會陷入邏輯困境,關於祖父悖論,有兩種解釋,看似較為合理。第一個就是平行宇宙理論。該理論認為,當我們開啟時間旅行回到過去之後,實際上是穿越到了另一個平行宇宙,如果我們殺死了年輕時的祖父,那麽在那個平行宇宙裏,我們的父親就不會出生。

而我們自己也不會存在,但這並不會影響到我們原本的這個宇宙,在我們本來的這個宇宙裏,無論是祖父,還是父親,依舊存在。雖然說這個理論能夠很好的解釋這個悖論,但是目前科學家並沒有在宇宙中發現平行宇宙,平行宇宙在很早的時候就提出來了,科學家認為,在我們的宇宙中可能存在多個平行宇宙,不同的平行宇宙都是不同的世界,如果我們能夠進入其它的平行宇宙當中,那麽我們就能夠感受不一樣的世界,科學家認為,在我們的宇宙外面,應該還存在其它的平行宇宙,我們的宇宙可能是其它宇宙衍生出來的分枝,而平行宇宙也可能是我們的宇宙衍生出來的分枝。所以目前科學家也在積極的尋找平行宇宙的證據。從這些結果我們就能夠知道,光速是無法被超越的。

如果說光速真的不能夠被超越,那麽人類探索宇宙邊緣的夢想是不是就永遠都無法實作了?其實對於這個問題,目前科學家也想到了其它的辦法,比如說曲速引擎技術,曲速引擎技術就是一種反物質驅動,它利用時空的扭曲,將人類想要抵達的奇異點和終點不斷的拉近,在兩地之間的空間會被強行收縮,這個時候我們從奇異點到達終點,從主觀上來看就會變得很近,簡單來說就是,曲速引擎是在宇宙中構建了一個快速通道,飛船在被壓縮和膨脹的空間裏面穿行,但是這並不違反愛因史坦的理論,科學家認為,空間不可能被無限制的扭曲,所以當空間被扭曲到9.99的時候,就是曲速飛行的極限,這個速度是光速的2140倍。這個速度對於人類來說非常快,我們可以試想一下,在一倍光速的情況下,我們從地球到達冥王星需要5個小時。

而達到光速幾十倍或者是幾百倍的時候,我們飛出太陽系可能只需要幾分鐘的時間,所以對於人類來說,實作曲速引擎技術,就能夠很容易的飛行太陽系和穿越銀河系,這樣人類探索宇宙的奧秘就容易多了,目前科學家也在積極的研究曲速引擎的技術,不過現在這項技術還處於起步階段,想要真正的實作,人類還差的很遠,畢竟曲速引擎需要足夠強大的能量,這樣才能夠將空間扭曲,以目前人類的科技水平來看,我們根本沒有辦法獲得這麽大的能量,有一些科學家認為,只有反物質才能夠產生如此巨大的能量,不過宇宙中的反物質數量幾乎為零,人類在實驗室中制造出來的反物質連一壺熱水都無法燒開。所以人類還需要繼續努力才行,小編希望人類能夠早日實作自己的夢想,對此,大家有什麽想說的嗎?