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每秒30万公里的光速,是宇宙极限速度吗?超光速是否真的存在?

2024-10-11科学

人类经过几百年的探索呀,现在对宇宙已经有了些认知啦。科学家研究后得出,咱的宇宙那可是浩瀚无边的星际空间呢,宇宙里天体的数量可不少,有恒星、行星、彗星、小行星、中子星、白矮星、黑洞等等。咱的地球其实就是太阳系里的一颗行星,太阳系一共有八大行星呢。地球这颗行星和其他行星最大的差别就是,地球上诞生了生命,生命的出现给地球增添了好多色彩,尤其是人类出现之后,解开了地球上好多的奥秘。虽说宇宙中天体数量多,但天体之间的距离都特别遥远。

到目前为止呀,人类压根儿就没法飞出太阳系呢,要知道太阳系不过是银河系里的一个小星系罢了。在银河系外面呢,还有个本星系群呢,而在本星系群外面,又有室女座超星系团。眼下人类能够观测到的宇宙直径大概是 930 亿光年,不过这可不是宇宙的全部范围哦,宇宙说不定比我们想象的还要大呢。既然宇宙这么广阔,那宇宙中最快的飞行速度是啥呀?按照科学家的研究来讲,现在人类已知的最快飞行速度就是光速啦,光速大概是每秒 30 万公里呢。以前人类一直觉得光速传播不需要时间,可后来那个著名的物理学家伽利略察觉到光速是有限的,并且还对光速进行了测量。

他跟他的助手爬上两座山做实验,这实验原理挺简单的。助手拿着一盏特别亮的灯,用木板把它挡住,接着把木板移开,让灯光露出来。伽利略算助手移开木板到自己看到灯光的时间差,用距离除以时间就能得到光速啦。不过这个实验最后算出来误差挺大的,毕竟光速传播太快了,人类反应速度根本不知道光传过来用了多久。虽然伽利略没算出光速,但在 1676 年的时候,有个叫奥勒·罗默的科学家也算了光速。他利用木卫一的轨道阴影交替时间,算出木卫一的轨道周期是 42 小时 25 分 16 秒。一般来讲,天体的运动轨迹不会变,所以他觉得木卫一应该每隔 42 小时 25 分 16 秒就会被木星遮住。

这位科学家历经多年研究后发现,地球离木星最远那会儿,木卫一出现的时间比地球离木星最近时多 22 分钟呢。他觉得,这 22 分钟就是光子从地球到木星花费的时间。借着这个法子,他算出光速大概是每秒 21 万千米。这个数值跟现在的光速比,差得不少。不过在那时候能算出光速,已经很厉害啦。后来到了 1728 年,科学家詹姆斯·布雷德通过光行差算出光速大约是每秒 29.8 万千米,这个光速数值基本跟现在的数值差不多。在人类看来,光速可快啦,能一秒钟绕地球 7 圈半呢。要是人类能有这么快的速度,那就能瞬间到达地球的任何地方啦。

从宇宙的尺度去看呢,光速其实挺慢的,主要是宇宙空间太大啦,就拿小小的银河系来说,直径都有 20 万光年呢。光年是个距离单位呀,一光年就跟光速飞 1 年的距离一样,那 20 万光年就相当于光速飞 20 万年啦。这么快的光速在宇宙面前,就显得很慢啦。要是这么看的话,人类压根就找不到宇宙的边缘。而且按照爱因斯坦的理论,有质量的物体只能无限接近光速,达不到光速,更不可能超越光速,这就意味着人类的飞行速度超不过光速。既然这样,那是不是宇宙中就没比光速更快的速度啦?但科学家研究发现,宇宙中存在超光速现象呢。

第一种超光速的现象呢,就是宇宙膨胀的速度啦。

现代科学觉得,咱这宇宙是在 138 亿年前诞生的。138 亿年前呢,有个奇点炸了,这奇点那可是质量超大、能量超大、热量超大、密度超大、体积超小的一个点。这奇点一爆炸,宇宙就迅速往四周膨胀开了,经过 138 亿年,宇宙才膨胀成咱现在看到的模样。到现在,咱这宇宙还没停止膨胀呢,而且膨胀速度比光速还快。20 世纪初的时候,美国的物理学家埃德温·哈勃通过观测遥远的星系运行,发现星系在快速远离地球,这也是宇宙膨胀的一个有力证据。那哈勃是咋发现星系在远离地球的呢?其实得靠一个著名的效应:多普勒效应。

当一列火车靠近咱的时候,咱能听到火车的声音那可老尖了,为啥呢,就是因为声音频率变高啦。可要是火车远离咱,声音就变低啦,这其实就是多普勒效应的一种表现呗。光也有这样的效应哦,光源靠近咱的时候,光的波长就变短,会发生蓝移;光远离咱的时候,光的波长就变长,会发生红移。埃德温·哈勃在观测遥远星系的时候,发现星系光谱出现了红移现象,这就表明这些星系正在远离咱呢。看到这个现象后,他提出了一个宇宙膨胀的理论。这个理论刚一提出,好多科学家都不敢相信,因为之前科学家一直都觉得咱的宇宙是静态的。

这个理论把人类对宇宙的认知给打破啦,还让咱知道宇宙膨胀的速度那叫一个快呀,比光速快多啦。科学家觉得,宇宙大爆炸 1 秒钟的时候,宇宙空间就膨胀到 10 万光年那么大啦。到现在呢,咱的宇宙已经膨胀 138 亿年啦,宇宙的范围都超出咱人类能想象的啦。现在这宇宙空间到底有多大呀?科学家也不清楚呢。不过以后要是人类科技努力努力,搞不好就能找到宇宙的边缘啦。

第二种能超光速的现象——通过虫洞穿梭

在 100 多年前呀,超厉害的物理学家爱因斯坦凭自己一个人的力量把牛顿的绝对时空观给推翻啦。爱因斯坦觉得呢,时间、空间和速度那是有联系的哟,一个物体飞得越快,它用的时间就越少啦,简单来讲就是时间的流逝会跟着物体飞行速度的快慢而变化呢。而且科学家通过钟慢效应也证实了这一点哦。要是你坐一艘亚光速的飞船在宇宙里飞,1 年后你回到地球,你才长了 1 岁,可地球上的时间都已经过去几千年或者几万年啦。除了速度能影响时间,引力也能影响时间的流逝哦。在引力特别强大的地方,光速会变得很慢很慢呢,就像黑洞那样。黑洞可是爱因斯坦在 100 多年前通过公式算出来的呢。

他压根就不相信宇宙里有黑洞,可后来人类科技进步啦,就证明了黑洞确实存在。黑洞的特点就是老在吞噬物质,但凡进入黑洞视界范围的物质,都会被它吃掉,光也不例外。爱因斯坦觉得,黑洞那一边或许还存在一个神秘天体叫白洞,黑洞和白洞连一块儿就成了虫洞,虫洞就是能穿越时空的通道。黑洞不断吞噬物质,白洞则不断喷发物质,二者连一起就有了虫洞。要是能找到虫洞,子跑到宇宙的另一头啦。

这个速度那可是比光速快多啦,可到现在呢,科学家一直没找到虫洞,也搞不清楚黑洞到底是不是虫洞的入口。在好多科幻作品里,我们能看到人类借助虫洞迅速抵达宇宙其他地方。未来呀,随着人类科技的进步,搞不好真能在宇宙中找到虫洞,就算找不到,也许人类还能在宇宙里造出一个虫洞呢,真希望这一天能早点来。

第三种超光速现象叫做曲速引擎。

曲速引擎呢,就是在时空里造出一个时空泡,飞船呢就在这个时空泡里相对静止着,而时空泡却以超光速在运动,带着飞船一块儿往前跑。这就跟我们开着一艘小船似的,小船其实没往前跑,而是跟着水流的速度在走,水流越快,小船行驶速度就越快,水流越慢,小船行驶速度就越慢。曲速引擎就是这个原理啦,而且时空的超光速运动并没有违反爱因斯坦的理论哦,因为时空运动本身没传递任何信息呢,就跟宇宙超光速膨胀一样,这种超光速没传递信息,也不违背光速不可超越的法则。科学家觉得,这种方式是通过操控飞船周围的时空,让前面的时空被压缩,后面的时空伸展膨胀,这样就能带动时空泡超光速前进啦。

科学家觉得,曲速引擎是有一定限制滴,毕竟宇宙空间不可能无限扭曲嘛。当曲速引擎达到 9.9999 级的时候,那就是它的极限啦。这个速度能达到光速的 20 万倍呢,对人类来说绝对是个好事儿。要是人类真能实现曲速引擎,那飞出太阳系就超简单啦,不光这样,还能飞出银河系,去探索更大的宇宙空间呢,这样就能飞到类似地球的行星上,瞅瞅上面有没有生命。现在科学家也在努力研究曲速引擎,让人兴奋的是,美国科学家在研发的时候发现了世界上第一个纳米级翘曲气泡,这对研究曲速引擎意义可大啦。未来随着人类科技进步,搞不好真能实现曲速引擎呢。

现在人类能想到的超光速现象就这三种啦,毕竟人类对宇宙的认知有限得很,宇宙那可是又浩瀚又神秘呢,宇宙里或许还存在别的超光速现象呢,而且宇宙里还藏着好多超厉害的能量呢,像反物质就是。反物质和正物质碰到一起,就会湮灭,还能释放出巨大能量呢,这种物质转化能量能达到百分百呢,我们核聚变的转化率才只有 0.7%,核裂变的转化率大概是 0.135%。从转化率就能看出反物质到底有多厉害啦。我们的太阳是通过内部核聚变反应来释放能量的,对我们来说,太阳的能量可大啦,可它的转换率也就 0.7%。要是人类真能在宇宙中找到大量反物质,那对人类科技发展可太有帮助啦。

另外呢,科学家觉得宇宙里还存在暗物质,暗物质占了宇宙总质量的百分之 90 哟,像我们的恒星、行星、彗星之类的只占宇宙总质量的百分之 10 呢,这就表明暗物质才是宇宙中最主要的物质呀。科学家认为暗物质特别强大,能释放出暗能量,这种能量能让宇宙一直膨胀,还能控制天体运行呢。为了找到暗物质,科学家们可没少使劲儿,这么多年都过去了,可科学家在宇宙中还是没找到暗物质,这说明暗物质可能比我们想的更神秘。不过人类可是地球上最有智慧的生命啦,人类的科技一直在进步呢,将来随着科技进步,搞不好我们就能找到暗物质啦。我希望人类能早点儿实现自己的梦想,嘿,大家觉得宇宙中还有哪些超光速的现象呀?