【腦洞系列】如果飛船超過光速,那麼飛船上的燈光還能照亮前面嗎?

薛定諤的貓 2021/05/11 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

眾所周知,根據愛因斯坦的相對論,光速是宇宙中最快的速度,沒有任何物質能夠超越它。也許有朋友會說,速度是相對的,如果飛船以光速前進,再加上上光的速度疊加,那麼這個時候速度就會超過光速,飛船前面的星空道路就不能被照亮。

真的是這樣的麼?實際上,我們在這裡首先要理解一個概念,那就是無論在什麼情況下,無論用什麼參照物來衡量,光速都是恒定不變的,這是科學家們通過大量實驗得出的結論,也是一直困擾愛因斯坦和許多科學家的一個懸而未決的謎。

一,愛因斯坦相對論的光速限制原理。

這個原理實際上就是光速不變原理,說的是光在真空中的速度相對於任何參照系是不變的,與光源和觀察者的運動狀態無關。這個光速是在每一個參照系中不變的數值,而低於光速的物體在不同參照系的速度是不同的,不過是可以轉換的,但不是伽利略轉換的簡單相加,而是基於相對論中洛侖茲變換的速度疊加原理,否則很容易就可超光速。你比如說,兩個向相反方向速度各為0.6C(C為光速)運動的物體,它們的相對速度是多少?答案可不是1.2C,答案是小於C。具體計算有以下的速度疊加公式:

其中u為兩個物體的相對速度,u′和V分別為相對兩個參考系兩個物體的速度,這裡為0.6C,C為光速,經計算u為0.88C,光速仍然是不可超越的。

在一個慣性系中一個物體可以無限接近光速,但對於這個近光速運動物體所在參考系來講,光的速度依然是不變的,時空具有相對性。你永遠追不上光,即使達到光速了(這當然是不可能,這裡只是為了加強說明光速的不可超越或達到)。這個光速跟宇宙時空有關,是時空的特性。

另外,把一個物體加速到光速,質量會變得無限大,這樣加速所需的能量需要無窮大,宇宙如果是有限的,全宇宙的能量也不夠,因而這從另一方面阻止物體超光速,所以愛因斯坦基於這些原因在相對論中指出任何物體的速度不能超越光速。但應該指出相對論中不允許超光速,不代表相對論的適用范圍小,一旦超光速,時間真的會回到過去,時空會崩盤,回到過去意味著現在的所有物質都會消失,而會出現在過去,宇宙歷史將徹底改變,後果太嚴重,愛因斯坦承擔不了這個責任。所以他在狹義相對論中指出可以飛越未來,但不能回到過去。

但十年後他基於時空彎曲思想,在廣義相對論中指出人們可以通過空間折疊――「蟲洞」技術實現星際旅行,實現「超光速」,可以到宇宙時空的任一點。

但他認為這不是真正地超光速,光速還是最高速。但無論如何,這一下給了人們希望。

二,現在的理論和技術水準,飛船沒法超過光速,即使接近光速都難。但現在人們對於超光速的念頭並不放棄,以後也不會放棄,這是人的天性和宇宙的發展需要。

愛因斯坦相對論不去限制宇宙物質最高速為光速倒也罷了,一限制倒把人的思想啟動了。什麼想法都有,大多數人認可這個光速限制,但也有一部分人認為可以超光速,當然這個超光速又分兩種情況,一種是認為從物理上能夠超越光速,甚至能追上光,是真正地超光速。另一種超光速的思想和方法是受美國科幻片《星際迷航》裡面一種科技的影響,那就是「曲速」旅行(warp field),類似於「蟲洞」但又不同,是一種通過在壓縮時空中航行的技術,其原理就是在運動物體周圍利用反物質驅動的曲速引擎製造一個人工曲率場,從而使物體能在這個扭曲的時空泡(warp bubble)中以若干倍於光速的速度移動。

曲速(warp)就是衡量在這個時空泡裡運動的物體的速度。在曲速狀態下可以實現超光速運動。它是把物體前的空間進行彎曲折疊縮小,而物體後的空間彎曲擴大恢復原樣,像吹一個氣泡似的。

物體在氣泡內亞光速飛行,把空間縮小了就相當於「超光速」了,實際上並不是真正的超光速。並沒有違犯光速限制原理。所以儘管愛因斯坦沒明確反對可以回到過去,但我認為真正回到過去必須真正超光速,就目前而言,真正超光速是不可能的,因為那意味著時空的崩塌和質量的無限。甚至像「曲速」旅行這樣的假超光速都很難,因為「曲速」旅行彎曲空間所需能量為10億倍太陽能量。

三,綜上,超光速飛船是不存在的,如果非要在意識上想一想,是這樣的:

如果是由類似「曲速」引擎達到的「超光速」飛船,發出的光就像普通速度飛船發出的光一樣,因為飛船發出的光和飛船在同一參照系,同一個時空,這個光的速度相對於這個「超光速」飛船依然不變。前面如果有物體,照樣會照亮。沒有物體則什麼也照不亮,至於飛船裡的人,除非前方的物體和飛船速度相近,才能看到前方照亮的物體,否則兩種情況一律看不到,因為速度太快了。

至於由「曲速」引擎彎曲的空間裡如果有光的話,也會隨著時空彎曲,它們和飛船已不在一個慣性系,不在一個時空了,相互無關、不擾動。

 

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