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为何不能超光速?爱因斯坦:超光速会导致时间倒流因果律崩溃?

2024-09-05科学

导语

宇宙中的光速是一个极为神奇的速度,它在我们宇宙的星辰大海中扮演着不可替代的角色。

在牛顿的物理理论中,光速被视为速度的终极极限,这一设定鲜少受到挑战。

但是,随着爱因斯坦相对论的诞生,对光速的认识发生了根本性的改变。爱因斯坦认定光速是宇宙中的最高速度限制,这是一个不可逾越的极限。

这一理论得到了广泛的接受,因为爱因斯坦不仅提出了理论,还进行了证明。

从19世纪末到20世纪初,物理学界经历了一场深刻的变革。

这种变革不仅重新定义了物理学家眼中的物理学,也在宗教信徒中引起了巨大的关注。

许多人将牛顿的物理学视为绝对真理,甚至有些人认为牛顿超越了上帝。

但牛顿的物理学是建立在绝对时间和绝对空间之上的,他还引入了伽利略变换,这种变换处理了不相关物体间的相对速度的加法,这并不违背牛顿物理的原理。

然而,爱因斯坦的现代物理学观点则是将光速看作是宇宙中所有物体相对速度的上限。

光速成为了现代物理学的核心原则之一,任何物体都无法超过它。

当牛顿的物理学被推翻后,爱因斯坦的相对论也遭到了许多质疑,因为光速不变与我们的日常生活息息相关。

为什么光速不能被超越,成为了相对论中的一个关键问题。

如果深入探讨光速不变的原理,我们不得不提到伽利略变换和洛伦兹变换之间的区别。

伽利略变换处理的是我们熟知的相对作用,它允许直接叠加相对速度,反映出绝对速度,并不破坏物质世界的本质。

而洛伦兹变换不仅改变了我们对相对速度的计算,还明确了光速的恒定性。

伽利略变换和洛伦兹变换在处理速度的方法上有何不同呢?

以一个宇宙飞船的例子来说明,设想飞船内有两个人,一个在前,一个在后,飞船前后两端各自发出的光,将会在飞船某一点上相遇。

基于这一设定,科学家们进行了伽利略变换。

设A为飞船前端,B为后端,它们之间的距离为S。

假设光以速度v发出,从A传到B需要经过一段距离t,所需时间为t=2S/C。

但问题在于,当光从A传到B时,难道飞船就静止不动吗? 或者说没有采取任何特殊措施,飞船就能以其绝对速度v0,达到B位置吗?

显然,你只是以某种速度移动到新的位置,这种绝对速度显然会影响到光速,而爱因斯坦相对论中的洛伦兹变换提供了更精确的解释。

洛伦兹变换还揭示了与光速密切相关的事实,即光速在任何位置都是恒定的。当你在A位置发出光,到达B位置时,光速保持不变,因此可以得出一个结论,光到达B的时间与B到C的时间相同,因此C等于B,且t=C+S/C与t=2S/C有相同的关系。

但如果假设宇宙飞船以某一速度v0行驶,v0的增加会导致t的增加,这是自然而然的。

但如果v0增至一定程度,甚至超过光速,会产生不符合现实的负值结果。

因此,光速可被视为物质世界的速度上限。

光速不变的作用何在呢?

当两艘宇宙飞船以等速相对行驶时,它们之间的绝对速度保持不变。

如果它们的绝对速度保持不变,那么后面飞船的观测也会受到影响。

当他们以等速相对行驶时,光波从后面飞船经过前面飞船的时间计算为t=C+S/C。

这个公式也同样适用于前面飞船,它发出的光波到达后面飞船的时间也是t=C+S/C,因此得出的结果是相同的。

这一结果也说明了光速的恒定性,无论在什么情况下,光速都是固定不变的。

质增效应。

光速不变的理论可以解释一切,甚至包括时间。

但爱因斯坦关于光速不变的理论自然也不免遭到质疑。

爱因斯坦的质增效应模型解释了他为何提出光速不变的理论。

爱因斯坦提出的质增效应说明了物体速度越高,其质量也将随之增加。

当速度接近光速时,物体的质量将达到无限大,这意味着物体无法超越光速,这显然与现实相符。

但是,谁最早提出了质增效应这一概念?

实际上,这一模型并非由爱因斯坦最先提出。

在爱因斯坦之前,牛顿和伽利略的物理学也对此有所描述,而牛顿物理学中有一个众所周知的公式,即F=ma。

这个公式表明,力F与加速度a是与质量m成正比的。

在牛顿物理学中,一个物体的速度越大,其产生的力也越大。

然而,在伽利略的物理学中,这种说法并不适用。

伽利略认为,绝对速度只是描述时间的一种方式。

这是牛顿与伽利略之间分歧的又一例证。

在此基础上,爱因斯坦建立了质增效应的模型。

质增效应不仅解释了光速的不变性,还解释了时间的膨胀和相对性。

光速的不变性也证实了无人能够超越光速的事实。

爱因斯坦的相对论将光速确立为宇宙中的速度极限,这改变了我们的生活和工作方式。

因果律。

在【解释与经验】一书中,爱因斯坦明确指出:「如果事件A在事件B之前发生,那么A必然是B的原因,B则是A的结果。」

这表明,事件之间不是孤立的,而是通过相互作用和联系相连,这种联系是事件之间的因果关系。

爱因斯坦的一个著名思想实验称为「阿尔伯特与阿尔伯特」。

在一个特定的空间中,存在两个同时进行活动的阿尔伯特(a和b),一个在观察,另一个从某个位置发送信号后立即回收信号。

在观察过程中,你会发现A和B的结果会有所不同。如果你看到A接收到了信号而B没有,那么表明阿尔伯特A的位置受到了信号的影响。

相反,如果你看到B接收到信号而A没有,那么就证明阿尔伯特B的位置受到了信号的影响。

但如果你发现A和B都接收到了信号,却没有人受到影响,这表明阿尔伯特A和B之间是相互影响的。

同时,A和B之间存在的矛盾也表明信号传递的速度是变化的,但具体的速度是无法确定的。

这就是爱因斯坦所指的「因果律」的问题。

如果信号的速度能够改变,那么A和B之间的关系必然受到影响,这种关系的变化又会影响未来事件的发展。

爱因斯坦的「阿尔伯特与阿尔伯特」思想实验进一步阐释了因果关系,表明一旦事件发生,就不能回溯到之前的时间,这是绝对的。

一旦事件发生,时间便会推移至下一阶段。

爱因斯坦认为,当人们进入下一阶段时,不仅会影响时间的流动,还会导致当前时间的结束。

时间的流动是无法控制的,无论进入哪个阶段,时间都将不断前进。

只有当事件发生时,时间才会推移到下一个阶段。

时间是线性的,不会形成循环。

如果一个事件导致了当前时间的结束,那么在下一阶段就无法再回到之前的时间,这就是时间的不可逆性。

因此,爱因斯坦认为超光速现象会导致时间倒流。

如果存在可以超越光速的粒子,它将会在一个特定时间点影响所有后续的事件。

在我们的宇宙中,任何事件都是线性发生的。

如果存在超光速粒子,那么它将破坏宇宙中的所有规律。

结语

爱因斯坦严格定义了事件发生的时间顺序,并规定我们不能违反因果律,因为这会导致时间的倒流。

爱因斯坦的相对论引入了新的时间观念,超光速现象意味着时间可以倒流,这影响了宇宙的一切。

爱因斯坦的理论不仅改变了科学界的面貌,也促使人们深入思考时间和因果关系。

时间是生命流逝的轨迹,是我们无法改变的规律,也是我们必须遵守的法则。