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每秒30萬公裏的光速,是宇宙極限速度嗎?超光速是否真的存在?

2024-10-11科學

人類經過幾百年的探索呀,現在對宇宙已經有了些認知啦。科學家研究後得出,咱的宇宙那可是浩瀚無邊的星際空間呢,宇宙裏天體的數量可不少,有恒星、行星、彗星、小行星、中子星、白矮星、黑洞等等。咱的地球其實就是太陽系裏的一顆行星,太陽系一共有八大行星呢。地球這顆行星和其他行星最大的差別就是,地球上誕生了生命,生命的出現給地球增添了好多色彩,尤其是人類出現之後,解開了地球上好多的奧秘。雖說宇宙中天體數量多,但天體之間的距離都特別遙遠。

到目前為止呀,人類壓根兒就沒法飛出太陽系呢,要知道太陽系不過是銀河系裏的一個小星系罷了。在銀河系外面呢,還有個本星系群呢,而在本星系群外面,又有室女座超星系團。眼下人類能夠觀測到的宇宙直徑大概是 930 億光年,不過這可不是宇宙的全部範圍哦,宇宙說不定比我們想象的還要大呢。既然宇宙這麽廣闊,那宇宙中最快的飛行速度是啥呀?按照科學家的研究來講,現在人類已知的最快飛行速度就是光速啦,光速大概是每秒 30 萬公裏呢。以前人類一直覺得光速傳播不需要時間,可後來那個著名的物理學家伽利略察覺到光速是有限的,並且還對光速進行了測量。

他跟他的助手爬上兩座山做實驗,這實驗原理挺簡單的。助手拿著一盞特別亮的燈,用木板把它擋住,接著把木板移開,讓燈光露出來。伽利略算助手移開木板到自己看到燈光的時間差,用距離除以時間就能得到光速啦。不過這個實驗最後算出來誤差挺大的,畢竟光速傳播太快了,人類反應速度根本不知道光傳過來用了多久。雖然伽利略沒算出光速,但在 1676 年的時候,有個叫奧勒·羅默的科學家也算了光速。他利用木衛一的軌域陰影交替時間,算出木衛一的軌域周期是 42 小時 25 分 16 秒。一般來講,天體的運動軌跡不會變,所以他覺得木衛一應該每隔 42 小時 25 分 16 秒就會被木星遮住。

這位科學家歷經多年研究後發現,地球離木星最遠那會兒,木衛一出現的時間比地球離木星最近時多 22 分鐘呢。他覺得,這 22 分鐘就是光子從地球到木星花費的時間。借著這個法子,他算出光速大概是每秒 21 萬千米。這個數值跟現在的光速比,差得不少。不過在那時候能算出光速,已經很厲害啦。後來到了 1728 年,科學家占士·布雷德透過光行差算出光速大約是每秒 29.8 萬千米,這個光速數值基本跟現在的數值差不多。在人類看來,光速可快啦,能一秒鐘繞地球 7 圈半呢。要是人類能有這麽快的速度,那就能瞬間到達地球的任何地方啦。

從宇宙的尺度去看呢,光速其實挺慢的,主要是宇宙空間太大啦,就拿小小的銀河系來說,直徑都有 20 萬光年呢。光年是個距離單位呀,一光年就跟光速飛 1 年的距離一樣,那 20 萬光年就相當於光速飛 20 萬年啦。這麽快的光速在宇宙面前,就顯得很慢啦。要是這麽看的話,人類壓根就找不到宇宙的邊緣。而且按照愛因斯坦的理論,有質素的物體只能無限接近光速,達不到光速,更不可能超越光速,這就意味著人類的飛行速度超不過光速。既然這樣,那是不是宇宙中就沒比光速更快的速度啦?但科學家研究發現,宇宙中存在超光速現象呢。

第一種超光速的現象呢,就是宇宙膨脹的速度啦。

現代科學覺得,咱這宇宙是在 138 億年前誕生的。138 億年前呢,有個奇異點炸了,這奇異點那可是質素超大、能量超大、熱量超大、密度超大、體積超小的一個點。這奇異點一爆炸,宇宙就迅速往四周膨脹開了,經過 138 億年,宇宙才膨脹成咱現在看到的模樣。到現在,咱這宇宙還沒停止膨脹呢,而且膨脹速度比光速還快。20 世紀初的時候,美國的物理學家艾德溫·哈伯透過觀測遙遠的星系執行,發現星系在快速遠離地球,這也是宇宙膨脹的一個有力證據。那哈伯是咋發現星系在遠離地球的呢?其實得靠一個著名的效應:都卜勒效應。

當一列火車靠近咱的時候,咱能聽到火車的聲音那可老尖了,為啥呢,就是因為聲音訊率變高啦。可要是火車遠離咱,聲音就變低啦,這其實就是都卜勒效應的一種表現唄。光也有這樣的效應哦,光源靠近咱的時候,光的波長就變短,會發生藍移;光遠離咱的時候,光的波長就變長,會發生紅移。艾德溫·哈伯在觀測遙遠星系的時候,發現星系光譜出現了紅移現象,這就表明這些星系正在遠離咱呢。看到這個現象後,他提出了一個宇宙膨脹的理論。這個理論剛一提出,好多科學家都不敢相信,因為之前科學家一直都覺得咱的宇宙是靜態的。

這個理論把人類對宇宙的認知給打破啦,還讓咱知道宇宙膨脹的速度那叫一個快呀,比光速快多啦。科學家覺得,宇宙大爆炸 1 秒鐘的時候,宇宙空間就膨脹到 10 萬光年那麽大啦。到現在呢,咱的宇宙已經膨脹 138 億年啦,宇宙的範圍都超出咱人類能想象的啦。現在這宇宙空間到底有多大呀?科學家也不清楚呢。不過以後要是人類科技努力努力,搞不好就能找到宇宙的邊緣啦。

第二種能超光速的現象——透過蟲洞穿梭

在 100 多年前呀,超厲害的物理學家愛因斯坦憑自己一個人的力量把牛頓的絕對時空觀給推翻啦。愛因斯坦覺得呢,時間、空間和速度那是有聯系的喲,一個物體飛得越快,它用的時間就越少啦,簡單來講就是時間的流逝會跟著物體飛行速度的快慢而變化呢。而且科學家透過鐘慢效應也證實了這一點哦。要是你坐一艘亞光速的飛船在宇宙裏飛,1 年後你回到地球,你才長了 1 歲,可地球上的時間都已經過去幾千年或者幾萬年啦。除了速度能影響時間,重力也能影響時間的流逝哦。在重力特別強大的地方,光速會變得很慢很慢呢,就像黑洞那樣。黑洞可是愛因斯坦在 100 多年前透過公式算出來的呢。

他壓根就不相信宇宙裏有黑洞,可後來人類科技進步啦,就證明了黑洞確實存在。黑洞的特點就是老在吞噬物質,但凡進入黑洞視界範圍的物質,都會被它吃掉,光也不例外。愛因斯坦覺得,黑洞那一邊或許還存在一個神秘天體叫白洞,黑洞和白洞連一塊兒就成了蟲洞,蟲洞就是能穿越時空的通道。黑洞不斷吞噬物質,白洞則不斷噴發物質,二者連一起就有了蟲洞。要是能找到蟲洞,子跑到宇宙的另一頭啦。

這個速度那可是比光速快多啦,可到現在呢,科學家一直沒找到蟲洞,也搞不清楚黑洞到底是不是蟲洞的入口。在好多科幻作品裏,我們能看到人類借助蟲洞迅速抵達宇宙其他地方。未來呀,隨著人類科技的進步,搞不好真能在宇宙中找到蟲洞,就算找不到,也許人類還能在宇宙裏造出一個蟲洞呢,真希望這一天能早點來。

第三種超光速現象叫做曲速引擎。

曲速引擎呢,就是在時空裏造出一個時空泡,飛船呢就在這個時空泡裏相對靜止著,而時空泡卻以超光速在運動,帶著飛船一塊兒往前跑。這就跟我們開著一艘小船似的,小船其實沒往前跑,而是跟著水流的速度在走,水流越快,小船行駛速度就越快,水流越慢,小船行駛速度就越慢。曲速引擎就是這個原理啦,而且時空的超光速運動並沒有違反愛因斯坦的理論哦,因為時空運動本身沒傳遞任何資訊呢,就跟宇宙超光速膨脹一樣,這種超光速沒傳遞資訊,也不違背光速不可超越的法則。科學家覺得,這種方式是透過操控飛船周圍的時空,讓前面的時空被壓縮,後面的時空伸展膨脹,這樣就能帶動時空泡超光速前進啦。

科學家覺得,曲速引擎是有一定限制滴,畢竟宇宙空間不可能無限扭曲嘛。當曲速引擎達到 9.9999 級的時候,那就是它的極限啦。這個速度能達到光速的 20 萬倍呢,對人類來說絕對是個好事兒。要是人類真能實作曲速引擎,那飛出太陽系就超簡單啦,不光這樣,還能飛出銀河系,去探索更大的宇宙空間呢,這樣就能飛到類似地球的行星上,瞅瞅上面有沒有生命。現在科學家也在努力研究曲速引擎,讓人興奮的是,美國科學家在研發的時候發現了世界上第一個納米級翹曲氣泡,這對研究曲速引擎意義可大啦。未來隨著人類科技進步,搞不好真能實作曲速引擎呢。

現在人類能想到的超光速現象就這三種啦,畢竟人類對宇宙的認知有限得很,宇宙那可是又浩瀚又神秘呢,宇宙裏或許還存在別的超光速現象呢,而且宇宙裏還藏著好多超厲害的能量呢,像反物質就是。反物質和正物質碰到一起,就會湮滅,還能釋放出巨大能量呢,這種物質轉化能量能達到百分百呢,我們核聚變的轉化率才只有 0.7%,核分裂的轉化率大概是 0.135%。從轉化率就能看出反物質到底有多厲害啦。我們的太陽是透過內部核聚變反應來釋放能量的,對我們來說,太陽的能量可大啦,可它的轉換率也就 0.7%。要是人類真能在宇宙中找到大量反物質,那對人類科技發展可太有幫助啦。

另外呢,科學家覺得宇宙裏還存在暗物質,暗物質占了宇宙總質素的百分之 90 喲,像我們的恒星、行星、彗星之類的只占宇宙總質素的百分之 10 呢,這就表明暗物質才是宇宙中最主要的物質呀。科學家認為暗物質特別強大,能釋放出暗能量,這種能量能讓宇宙一直膨脹,還能控制天體執行呢。為了找到暗物質,科學家們可沒少使勁兒,這麽多年都過去了,可科學家在宇宙中還是沒找到暗物質,這說明暗物質可能比我們想的更神秘。不過人類可是地球上最有智慧的生命啦,人類的科技一直在進步呢,將來隨著科技進步,搞不好我們就能找到暗物質啦。我希望人類能早點兒實作自己的夢想,嘿,大家覺得宇宙中還有哪些超光速的現象呀?