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  • 1 # 裸猿的故事

    (真空)光速不是速度的上限。

    準確的說法是在慣性系中,局域速度不能超光速。但在非慣性系中速度是可以超越光速的。比如,宇宙膨脹現象中,遠方的星系與超光速的速度遠離銀河系,這是因為空間本身的膨脹造成的。又比如在粒子對撞機中,兩個粒子各自以亞光速的速度對撞時,它們的對撞速度是超光速的。這是啥意思,意思就是假定其中一個粒子不動的情況下,那麼另一個粒子是以超光速的速度和它發生相撞的。

    圖示:兩束亞光速粒子對撞時,超光速就發生了,但這是相對運動速度超光速,不是相對於靜止觀察者的運動速度。

    圖示:火車相對於地面靜止不動的人的速度,慣性系速度

    但是靜止質量大於零的物體,在慣性系中的運動速度不能超過真空光速,這被稱為超光速限制,這意味著不會出現超光速火車。這是因為,如果靜止質量大於零的物體,在慣性系中的超光速,將導致宇宙因果鏈崩潰。所以,只要宇宙因果鏈是不可被打破的鐵律,那麼慣性系中不可超光速就是被規則所限制的。

    圖示:如果從地球上發射一束兩倍光速的粒子,它會用多長時間到達月球?

    地月距離大約為1.25光秒,如果向月球傳送一束兩倍光速的粒子,它不會在1.25/2=0.625秒的時間中到達月球,它會進入到過去的時空中,從現實中消失。

    為什麼超光速會打破因果鏈?

    要理解這個問題,我們得先知道到底什麼是速度。

    從公式來看,速度很簡單,就是單位時間走過的距離,速度或者速率(不考慮運動方向)的計算公式為:

    距離/時間。

    比如以秒為時間單位,以米為距離單位。那麼某個物體或某個粒子的運動速率為每秒多少米,比如光子在真空中的運動速率為299,792,458米每秒(≈3.00×10^8 m/s)。

    可是,如果不能精確定義單位時間和單位距離,那麼速度或速率的計算就將成為一個笑話,變成一件毫無意義的事。

    按照牛頓第一定律即慣性定律:

    若施於某物的總外力為零,則該物的運動速度不變。

    想象一個在宇宙空間中保持勻速直線運動的物體,我們首先知道一件事,那就是這個物體的運動速度是一個常量,一個不變數。

    但是如果我們量度時間和距離的方法有問題,不夠準確變來變去,那麼當我們每天對該物體進行一次測速,那麼測量出來的速度就會變來變去,但這當然不是推翻牛頓第一運動定律的理由。在誇張的情況下,也許昨天的測量的結果是每秒1米,但今天的測量結果變成了每秒2米。這是因為量度距離的尺子出了問題,又或者是量度時間的方法出了問題。

    如何精準量度時間或距離

    可是一秒時間究竟有多長呢?

    這可以透過原子鐘來進行精確定義,對於銫原子鐘,9192631770次電子躍遷振盪所花費的時間就是一秒。由於銫原子鐘的振盪週期極其穩定,因此一秒鐘的時間到底有多長也就同樣穩定,不會隨意變來變去。

    那麼一米到底又有多長呢?

    在歷史上,人們曾經用過多種方法定義過一米到底有多長,比如人工製造一根米原器。

    圖示:標準米的長度,米原器。這是一根X形的鉑銥合金棒,在1889年-1960年間都是米的標準

    但用一根具體的棒子來代表一米有多長是危險的,因為它的長度不可能保持不變,當米原器自身的長度開始發生變化後,世界豈不就要亂套了?因此從1983年至今,米的長度定義被更改為“光在真空中於1/299792458秒內所行進的距離”。這首先意味著一件事,一旦光速得到更精準的量度,改變的數值會是米而非光速本身,因此從度量衡的角度看,光速可以變,但是光子本身是不可能超光速了,但不可超光速不代表光速就真的是不變的,這個細微的區別需要小心謹慎的注意。

    這個定義意味著什麼呢?

    這意味著假如真空光速突然翻倍,那麼今天的一米距離其實是昨天的兩米!當然,這樣的事情幾乎不可能發生。

    所以問題來了,我們為什麼要用光速來定義一米有多長呢?

    光速的特異性:簡單速度合成公式失效

    圖示:跑步機

    人在跑步機上運動,但相對於地面,運動速度為零。這是因為人運動的速度和跑步機上皮帶的運動速度相同,方向相反。

    跑步速度-皮帶速度 = 0

    如果是在商場的傳送帶上,如果人順向或逆向在傳送帶上行走,那麼他相對於地面靜止不動的人說的速度就是:

    自身行走速度±傳送帶速度

    但這個簡單速度合成公式只對低速運動物體有效,當速度趨近於光速時,需要使用另一個速度合成公式:

    圖示:狹義相對論速度合成公式

    由於大多數情況下,V1和V2都遠遠小於光速,所以分母可以視為1,於是狹義相對論速度合成公式就退化為簡單速度合成公式 。

    但現在,讓我們來考慮當V1=0.1C,V2=C時,會發生什麼情況呢?

    假設一艘宇宙飛船以0.1C的速度前進,在船頭順著前進的方向,發射一束光,那麼這束光的速度是多少呢?如果按照簡單合成公式,速度就是1+0.1=1.1C,但按照新的速度合成公式,這束光的速度為:1.1C/(1+0.1)=C。

    假設一艘宇宙飛船以0.1C的速度前進,現在從船尾逆向發射一束光,那麼這束光的速度是多少呢?如果按照簡單合成公式,速度就是1-0.1=0.9C,但按照新的速度合成公式,這束光的速度為:0.9C/(1-0.1)=C。

    看到嗎,這就是光速不變的關鍵所在。不論光源的自身的速度等於多少(當然是在低於光速的情況下),無論光是順向還是逆向發射,相對於慣性系中的測量者來說,光速是不變的。

    可這是為什麼呢?

    原因在於,隨著速度的上升,粒子所處的時空也會發生相應的變化,它所經歷的時間流逝會隨之降低,空間也會隨之變化。在低速狀態時,時空的變化極其微小無關緊要,但隨著速度趨近於光速,那麼時空的變化會越來越顯著。當物體的速度突破光速時,時間就會逆向,於是運動中的物體將回到過去。而這被認為會引發宇宙因果關係的崩潰。當然,從能量的角度看,靜止質量大於零的物體,要想達到光速都需要無限多的能量,更不要說超光速了。

    所以,真空光速就是這個宇宙中任何有質量的粒子速度的上限,的確就是宇宙的遊戲規則。光速就是這個宇宙中資訊傳遞最快的速度,連引力波這樣的東西都不能超光速,只能以光速傳播。

  • 2 # 維度開拓者

    光速是速度的上限是愛因斯坦的狹義相對論的理論提出的,根據狹義相對論計算公式,如果有物質超出光速,那麼這個慣性系的時間計算結果就會出現負值,質量也會出現負值。

    實際上按照狹義相對論,可以有兩個世界,一個世界速度必須大於光速,另一個世界速度必須小於光速,這個並不違法狹義相對論原理。

    而我們的宇宙正好是後一個,速度必須小於光速。因此”光速是速度的上限“是數學假設、數學邏輯的結果。

  • 3 # 韓沐辰先生

    只是人類才疏學淺而已,光來形容速度只是起點而已,愛因斯坦最多隻能代表一個時代的頂點,所以超光速出現只是時間問題。

  • 4 # 科學探秘頻道

    光速為何不變,為何是30萬千米/秒,不僅僅是困惑我們廣大科學愛好者的一個難題,就連快被稱之為“神”的愛因斯坦,他老人家也是困惑不易,不知原因。在愛因斯坦的提出相對論的時候,他老人家也是直接的給出了光速不變原理,至於為什麼光速不變,他沒有回答。可能他覺得這就像公理一樣知道是對的,但是卻無法證明。

    既然愛因斯坦都無法給出光速不變的原因,那麼我們這些比之Low到不知多少倍的人肯定更不可能給出一個完美的答案了。不過鑑於我們如今對於宇宙的瞭解,我們到是可以稍微天馬行空的暢想一下光速為何被限制在一個精確的數值上面:

    我認為是奇點的特性決定了光速的大小。我們的宇宙從一個奇點爆炸開始,到現在為止都一直在膨脹。我們宇宙中所有的物質、能量、甚至時空全部來源於這個奇點。那麼這就很好理解了,光速作為我們宇宙的一個基本特徵引數,其值的大小肯定受制於宇宙本身,而宇宙本身的性質又是奇點所決定的,所以奇點的特性決定的光速值的大小。這就好比奇點是一個種子,種子長大之後形成的植物具有哪些基本特徵,最本質的還是種子的基因決定的,也就是種子所具有的特性決定的。

    那麼我們可以設想,不同的種子具有不同的基因組,那麼這些不用基因組的種子長大後形成的植物特徵也不一樣。比如有的種子長大後葉子是長條行的,而有的可能是巴掌型的。如果生活在這課植植物葉子上的微生物也具有思想,它是否也會有個疑問,為何它所在的植物葉子都是巴掌型的呢?這就像我們疑惑光速為何總是30萬千米/秒一樣,百思不得其解。

    可是,如果我們可以跳出宇宙,站在更高的角度去審視宇宙,那麼我們是否會像跳出植物葉片的人類一樣,發現決定葉子形狀的是DNA呢?而決定宇宙基本引數和性質的,會不會也是奇點的某種內在特性決定的呢?不同特性的起點所誕生的宇宙,是不是也具有不同的光速呢?

    這些問題的答案,或許等我們跳出宇宙的時候,才是真正揭開謎題的時候。

  • 5 # JwiLL

    通俗點光速是這個維度的框架和座標,所有的都逃不出,如果逃出超過那麼他將進入另外一個維度,那個維度我們沒有見過,但是該有的也都有,可以肯定在另外一個維度同樣有像光速這樣的上限,也就是限制規則,如果超出那麼又將逃逸到另外一個維度。

  • 6 # 島民小云的時空物畫

    準確的說,光速確實是我們存在的“這個宇宙時空”中的速度上限,這是我們得以存在的基礎。不然的話,我們目前依賴光速所建立起的一切宇宙認知都將發生時空錯亂(因為人類所看到、所感覺到和所探測到的一切物質構成都基於光速或者說光量子的波動性和粒子性)。而至於誰定的這個規則,估計連愛因斯坦也想問:上帝啊!這是誰幹的!?

    愛因斯坦在1905年9月發表在德國《物理學年鑑》上的那篇著名的相對論論文《論動體的電動力學》中就提到:“光在空虛空間裡總是以一確定的速度V傳播著,這速度同發射體的運動狀態無關。”這便是光速不變原理。

    也就是說,你無論在何時何地以何種角度或相對速度去看,光速都是一樣的,這個數值是299,792,458 米/秒。

    為什麼會這樣?如果光速是我們這個宇宙時空的速度上限,那假如真的有物體超越了這個速度,會發生什麼?我們來“腦洞”一下:

    假設,有一個人手裡拿著一把槍對著你實施搶劫,還威脅說你別動啊!這把槍發出的子彈速度比光速還快,逃跑是不可能的,你怕不怕?別急,其實你不用怕,就算他真的開槍了,你覺得這個以超光速向你射來的子彈會打到你身上嗎?

    不會的。因為:如果子彈比光速還快,那麼組成這顆子彈的粒子的振動頻率已經不同於我們這個宇宙時空的基於光速的所有物質的振動頻率(包括身體細胞和粒子),子彈射向我們身體時,只會像透明的靈魂一樣穿透過我們的身體,而且我們一點感覺都沒有,因為這顆子彈和我們已經處於不同時空!

    至於子彈去到了哪裡,是不是到了另一個時空,不得而知,總之肯定不存在於我們這個世界,對我們來說,它射出槍口的那一刻已經憑空消失了。

    結尾:以上類似的“腦洞”假設還有很多這裡就不展開。總之島民小云只想說,光速對我們人類來說真的是不可能逾越的一個上限(或者說是上帝給我們地球人類的一個禁錮界限)。只能讓你無限接近,想要超越,必先消亡。(基於這次的“腦洞”分析,下次有機會帶大家討論時間旅行的可能性!)

  • 7 # 荔果園大叔

    光速是3*10的8次方

    電波的傳輸速度是3*10的8次方

    電子的動運速度也是3*10的8次方

    嚴格意上說光子是電子的一種,感覺這個3*10的8次方和原子的構造有關;如果物體的速度超過光速,那構造物體的原子會變成一個怎樣的存在?

  • 8 # 洋蔥圈之體

    一切,包括光的極致執行,分兩個極端來分析這個問題吧,1,光速0,不多講了,我們啥也看不到,不存在,2,光速瞬時到達一切,光速無限,更完蛋,一樣亮瞎我們的鈦合金狗眼,結果還是啥也看不到。綜上分析以後,某種情緒或者啥啥的,上帝也好,誰誰也罷,折中,或者在兩個極端之內選擇了一種,當然,或許是經歷無數次的修改(前世今生)之後?匆匆定義了這個速度,30萬公里?不要拿人類文明的咫尺來度量這個真真實的世界,僅僅為了滿足人類自己的私慾,虛榮,這個世界不多需你度量認識什麼,他一樣實實在在影響著,發生著,我們享受就成了,如果喜歡,或者閒的的確沒事,想自己逗自己開心一下,去玩玩也沒關係,探索,寫作,談情說愛,也就是如今的紙醉金迷的世界,錢權名利的浮華,我們早已忘卻了真正的世界本質了,自己作繭自縛了,哎,還能怎麼樣呢?去感染你周圍的世界吧,生活不止眼前的苟且,對了,最後一句,誰定義的這個光速,已經無從機考,但我確定,一定懷著愛定義的這個世界的一切,我們天天懷著什麼面對這個世界的呢?哈哈哈哈

  • 9 # 思想聖者

    光速是速度的上限,只是證明了一個客觀的現實便是人類一切物質存在的基本來源在光速當中得到了最好的公平體現,所有的光超越光速的認知當中形成的必然,都不能為人類在現實當中所承擔和理解,以至於光速在幸福的運動過程當中產生的客觀宇宙成為今天我們認知宇宙存在的基本條件和理解生命向善的高貴尊嚴。人生在其中能力高傲的所有體現,都是因為無法超越光速,而不能使時空發生反轉,以至於命運在其中具有無法唾棄的謊言來戰勝人類在笑話當中永不失竊的流傳。

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