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1 # 淡漠乾坤
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2 # 小彬伯爵
現在我們都瞭解到宇宙的第一大交通規則——即沒有什麼比光速更快,也即是每秒299792.458公里。但是有人就會問了為什麼就不能超過光速呢?這就要從光速的研究歷史說起,在17世紀以前,大多數人認為光是瞬間移動的,伽利略就是最早認為光是在以有限速度傳播的人之一。
1638年他曾試圖測量光的速度。他和一個助手分別坐在遠處的山頂上,上面都掛著燈籠。當時他的想法是,由伽利略這邊的燈籠先亮,而另一邊伽利略的助手一看到閃光,就立刻開啟燈籠,伽利略會計算出看到返回閃光所花的時間,結果實驗以慘敗告終!要想成功,伽利略必須記錄一個微秒的時差。而在當時他可沒有這樣的計時裝置,他的反應時間會慢得多。
伽利略毫不氣餒地總結道,光的運動“如果不是瞬間的,那就是非常迅速的”。不久之後,在1676年,我們從一位年輕的丹麥天文學家羅默那裡得到了對光速的合理估計。
海上水手檢查時鐘的方法之一是透過木衛一觀察木星的月食。木衛一繞木星一圈的時間被測為1.769天。
但是有一個小問題,日食之間的時間根據一年中的時間略有不同。當地球離開木星的時候,木衛一的兩次月食之間的時間逐漸增加;當它靠近木星的時候,時間減少了。累積效應意味著預測的時間誤差可能超過10分鐘。
羅默意識到他的觀察可以用木星和木衛一以及地球之間的不同距離來解釋。木衛一軌道的不同時間反映了光線必須經過的不同距離。這也讓羅默估計光速為214000公里/秒。在那個時代,這個光速估計已經是相當精確了。對於光速這個問題,同樣也使得愛因斯坦停下腳步來思考。如果光有一個有限的速度,如果你把一個火炬綁在一個移動的火箭的前面呢?難道火炬發出的光不比光速快嗎?愛因斯坦用幾個思維實驗來解決這個問題,並提出了一個瘋狂的解決方案:物體的運動必須以某種方式使時間變慢。時間不再是恆定的,於是相對論誕生了。
接下來許多實驗都仔細地檢驗了愛因斯坦的預言。1964年,麻省理工學院的比爾·貝託齊將電子加速到一定的速度範圍。然後他測量了它們的動能,發現當它們的速度接近光速時,電子變得越來越重——直到它們變得如此重,不可能再讓它們跑得更快。在電子變得太重而無法進一步加速之前,他能讓電子到達的極限速度只能是光速。
在另一個關鍵的測試中,物理學家約瑟夫·哈夫勒和理查德·基廷乘坐商業客機在世界各地的不同旅程中,他們分別攜帶著同步地、超精確地飛行銫原子鐘。旅程結束後,所有的移動時鐘和實驗室裡的參考時鐘都不一致。正如愛因斯坦預測的那樣,移動時鐘的執行速度變慢了。
因此,某物傳播的越快,它的質量就越大,時間也就越慢——直到你最終達到光速,此時時間完全停止。如果時間停止了,那麼速度也停止了。所以沒有什麼比光速更快的了。
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如果一個人流落到荒島上,那麼他可以“為所欲為”,幹什麼都行。比如,可以沒有作息時間,可以裸奔,可以隨意行走。為什麼呢?因為,在荒島上沒有旁人,不存在人類社會,因而沒有法律和道德的約束。
在自然界中也是如此。如果沒有物理背景的存在,物體的運動就是自由的,可以不受到任何的約束與限制,即自由的物體無論如何運動都不會感受到力的影響。
當然,我們的宇宙是現實的,不存在絕對的真空。因而,沒有絕對自由的物體。根據人類認識的基本原則,凡是具體的都是有限的,作為自然界一部分的宇宙,無論是其體積還是構成宇宙的粒子都是有限的。
所以,宇宙是一個由不可再分的最小粒子構成的具有有限體積的封閉體系。這一點已被能量的非連續性和微觀粒子的波動性所證實。普朗克常數h就是這一最小粒子的本徵參量,即普朗克常數h是該粒子的角動量,其具有相對於粒子能量的不變性。
此外,由於盧瑟福的阿爾法粒子轟擊原子實驗,在該實驗中只有極小比例的粒子被反射回來,說明原子的體積是電子高速運動所產生的遮蔽效應,說明物質並非實體,而僅只是粒子運動所構成的封閉體系。
於是,由於空間不空和物質不實,在宇宙中任何物體的運動,都會受到由最小粒子構成的物理背景的限制,即都會受到量子空間的限制。
於是,每一個物體的外在能量都具有兩種不同的存在形式,都是由相對於自身的動能和相對於量子空間的勢能構成的。
物體越大,則空間的影響就比較小,因而其能量的變化主要是其動能的增減,表現為速度的可變性。反之,物體越小,則其受到空間的影響就越大。作為極限,不可再分的最小粒子即量子受到空間的影響最大。
光子是受到激發的量子,其本質上仍然是最小的粒子。所以,一方面,光子的能量變化主要是其相對於空間勢能的增減,表現為光速不變;另一方面,也使得光子具有較大的自由運動,需要具有較大的運動速度才能夠感受到量子空間的限制。
所以,光速僅只是光子維持其相對於空間勢能的速度。這也是為什麼光速是宇宙中最快速度的原因。
作為對比,物質是由高能量子組成的封閉體系,其一方面受到量子空間的束縛較大,另一方面當其速度接近於光速時會因空間的擠壓而解體,還原為光子。所以,任何物體的速度都無法達到光速。
總之,由於物質不實和空間不空,任何物體的運動都會受到量子空間的束縛與限制,是無法超越光速的。所以,光速是宇宙中傳播速度最快的速度。