光速並非宇宙的速度極限,與這幾種速度相比,光速簡直是慢如蝸牛

薛定諤的貓 2021/08/12 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

 

光速是宇宙的速度極限嗎?對於這個問題,相信不少人都會給出肯定的答案,因為在相對論裡,光速就是物體運動速度的極限。然而這種理解是片面的,其實相對論是這樣講的:1、任何具有靜止質量的物體的運動速度都不能達到或超過光在真空中的傳播速度(c);2、任何資訊或能量的傳遞速度都不能超過光在真空中的傳播速度。

在相對論的框架裡,只要不違反上述設定,超光速現象是可以存在的。比如說當光在水中傳播時,其速度只有真空中光速的75%,在這種情況下,我們只需要將在水中運動的物體加速到0.75c以上,就可以在水中的超越光速。

上圖為核反應爐中出現的「切連科夫輻射」,圖中的藍色輝光其實是一些電子在核裂變過程中獲得到足夠的能量,以至於它們的運動速度超過了光在慢化劑中速度,進而產生的一種「光爆」現象(原理類似於音爆)。

當然了,這種超光速其實是先將光的速度大幅降低,然後再去超過它,這不免有一點「作弊」的嫌疑,那麼有沒有什麼速度可以直接超過真空中的光速呢?答案是肯定的,實際上,光速並非宇宙的速度極限,與以下這幾種速度相比,光速簡直是慢如蝸牛。

宇宙膨脹速度

根據天文學家的觀測,宇宙處於一種加速膨脹的狀態,具體表現為,宇宙中的兩個點之間的距離每增加326萬光年,其因為宇宙膨脹而造成的相互遠離的速度就會增加大約68千米/秒。

注意,這個速度是可以疊加的,意思就是說,假如在距離我們326萬光年有一個星系,那麼這個星系就會因為宇宙膨脹而以大約每秒68千米的速度遠離我們,距離我們652萬光年的星系,會以大約每秒136千米的速度遠離我們,而那些更遠的星系,則會以更快的速度遠離我們而去。

據此我們不難計算出,距離我們大約144億光年的星系,其遠離我們的速度就已經達到了光速,距離我們288億光年的星系,則會以2倍光速遠離我們而去,而如果宇宙空間足夠大,那麼這種速度就會隨著距離的增加而疊加到我們根本無法想象的程度。

宇宙誕生

關於宇宙的誕生,科學界的主流觀點是「大爆炸宇宙論」,但該理論卻面臨著一些難以解釋的謎團,所以在1980年的時候,科學家提出了「暴漲宇宙論」來對「大爆炸宇宙論」加以完善,時至今日,該理論已得到大多數科學家的認同。

根據「暴漲宇宙論」的描述,在宇宙誕生後的10^-35秒至10^-33秒之間,宇宙曾經經歷過一次「暴漲期」,在這極為短暫的一瞬間,其尺寸急劇增加了10^26倍,在此之後,宇宙繼續膨脹,只不過速度放慢了很多。

這個「暴漲」的速度到底有多快呢?這樣說吧,假如宇宙中某一區域的尺寸在「暴漲」前為1毫米,那麼在「暴漲」之後,該區域的尺寸就達到了10^23米,換算下來就是大約1057萬光年。相比之下,光速在這極為短暫的一瞬間,卻連一個質子的半徑都跑不完。

量子糾纏

未被觀測的量子都是處於一種「疊加態」,例如一個粒子的自旋原本可以明確地分為上旋和下旋,但當它處於「疊加態」時,其自旋就變成了「既是上旋又是下旋」這樣一種模糊的狀態,而在其被觀測時,這種「疊加態」就會瞬間坍塌,粒子的自旋也就確定了。

在量子力學中,當兩個處於「疊加態」的粒子在經過彼此作用之後,就會形成一種特殊的「糾纏態」,科學家發現,處於「糾纏態」的兩個粒子,彼此之間存在著一種神秘的聯繫,只要測量了其中一個的狀態,那麼另一個粒子的「疊加態」就會瞬間坍塌,其狀態也就確定下來。

比如說當一個粒子的自旋確定為上旋,那麼另一個粒子的自旋立刻就會確定為下旋。

更神奇的是,這種聯繫是無視距離的,從理論上來講,即使兩個處於「糾纏態」的粒子相距上百億光年,只要其中一個的狀態被確定,另一個也會瞬間「感應」到其「同伴」的變化,並立刻出現相應的變化。

小結

可以看到,與這幾種速度相比,光速簡直是慢如蝸牛。需要說明的是,因為宇宙的「暴漲」以及膨脹都是空間自身的變化,而量子糾纏則不能用於傳遞資訊,所以它們都沒有違反相對論。

(注:處於「糾纏態」的兩個粒子一旦被測量,它們之間的聯繫就馬上斷開,而「疊加態」又是不確定狀態,因此量子糾纏不能用於傳遞資訊)

宇宙大得令人難以想象,就算人類能夠以無限接近光速的速度飛行,也無法洞悉宇宙的奧秘。幸運的是,光速並非宇宙的速度極限,因此我們完全可以想象,在遙遠的未來,或許人類可以通過某種方式來擺脫光速的桎梏。

 

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