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热点聚焦：突破光速（能够超越光速吗？）

2022-06-26 10:57:59来源：互联网

突破光速（能够超越光速吗？）

天文学家

阿尔伯特·爱因斯坦

(资料图)

速度是人类探索地球，探索宇宙的重要辅助。古时候的人们正是由于缺乏快速的交通工具，没有速度的优势，对于这个世界的了解才非常有限。

随着人类走进科技时代，在科技的帮助下，人类发明了先进的交通工具，才有了探索地球的希望。在速度的优势下，地球由原来的广阔无垠变成了一个有限的地球村，实现了古人的梦想。

走遍地球，对于现代人类来说根本不是事，只要你愿意，坐着飞机就能够短时间内走遍地球的每一个角落。而进入科技时代的人类，目光已经不再局限于小小的地球，而是放眼宇宙。

在宇宙的面前，地球渺小如尘埃，而探索浩瀚的宇宙成为了人类的新目标。而要探索宇宙自然需要也需要速度的优势，我们在地球上自以为豪的速度，在宇宙面前连龟速也算不上。

当然，物体在宇宙中航行，基本也不会受到阻力的影响，这是因为宇宙中的物质密度是非常小的，在半径465亿光年的可观测宇宙中，存在着多达10^50吨的物质。但换算成密度，仅为9.9×10^-27千克/立方米，这意味着1立方米的空间中只有5.9个质子。也就是说，太空几乎是真空状态。

在一个基本接近真空状态的宇宙中穿梭，物体运动时受到的阻力基本为零，正是由于宇宙中阻力基本为零，地球才能够绕着太阳一直公转46亿年。如果有明显的阻力，那么地球早就耗尽了能量，掉进了太空之中。而宇宙中的天体能够一直保持一个稳定的运动状态，跟宇宙基本是真空环境有着密切的关系。

既然宇宙是一个真空状态，根据牛顿定律，那么只要给物体持续一个加速度，那么理论上它就可以一直加速下去。于是有朋友产生了这样一个疑问：如果火箭在宇宙中能够一直加速，能够超越光速吗？

在爱因斯坦相对论没有提出之前，人们根据牛顿第一定律，自然会认为火箭可以在真空环境下一直加速，只要持续下去，那么达到光速，超越光速都是可以的。

可是随着狭义相对论的提出，有关速度的问题有了一个初步的定论，那就是速度不可以无限加速下去，它有一个极限那就是光速。有质量的物体速度只能无限接近光速，无法达到更无法超越。为什么物体的速度无法超越光速呢？

牛顿第二运动定律表明，只要火箭有动力，加速度一直大于0，火箭就能持续加速。照此来看，火箭加速到超光速只是时间的问题。可是狭义相对论又表明，物体的运动跟质量有正比关系，随着物体运动速度的增加，其质量也会不断增加。

当速度加速到无限接近速的时候，物体运动的质量也会增加到无穷，而这意味着物体的动物也会变得无穷大，需要的能量也是无穷大。宇宙中没有无穷的能量让物体的速度达到光速，更不要说超越光速了。所以，有静止质量的物体连光速也是无法达到的。

那么相对论中有关物体速度无法达到光速的描述是否正确呢？科学家通过大量的实验，对此进行了验证，结果证明物体的速度的确无法达到光速。科学家对此进行验证使用的是粒子加速器，通过对电子进行加速，得到了实验结果。

要知道电子的质量仅有9.1×10^-28克，根据经典物理学来计算，把一个电子加速到光速所需的能量仅为4×10^-14焦耳，这是一个非常小的能量，是可以轻松做到的。可是在现实中，科学家通过目前世界上最强大的强子对撞机，对电子进行了加速，可是不管如何努力，电子的速度只能达到99.999999%，是一个无限接近光速的值。

通过实验我们可以看出，物体的速度的确无法达到光速，更不要说超越光速，因此，火箭在太空中不管如何加速，它的速度永远不会达到光速。看到这里的结果，相信很多朋友都会感到沮丧，要知道浩瀚的宇宙大到我们无法想象，仅仅是人类可观测的宇宙范围就达到了930亿光年。

如果物体的速度无法超越光速，那意味着人类将永远被困在一个有限的星空范围内，不要说探索整个星空，就是一个小小的银河系，我们也走不出去。失去了速度的优势，人类还谈何探索宇宙，还如何实现人类的梦想？

那么速度无法超越光速吗？当然也不是，物体的速度的确连光速也达不到，可是在神秘的宇宙中，却有不少的超光速现象，最显眼的就是宇宙的膨胀，它的速度就远远超过了光速。

于是爱因斯坦又提出了伟大的广义相对论，在广义相对论中，速度没有了光速的限制，只要条件能够达到，速度可以无限提升。那么广义相对论中的速度跟狭义相对论中的速度相悖吗？其实互不冲突，狭义相对论中的速度是指物体的运动速度。

而广义相对论中的速度则是指空间的扭曲程度，根据广义相对论，我们的宇宙并不是坚硬而平坦的空间，我们可以将宇宙想象成一个柔软的气球，有质量的物体会将宇宙空间压弯，这样空间内的两个点就会不断接近，距离大幅缩短。

当物体掉进这样的弯曲空间内，那可以从一个空间点快速到达另一个空间点，从而实现超光速飞行。这种飞行模式科学家称之为曲率航行，也可以称之为空间跳跃，这是实现超光速飞行的一种方法。

曲速飞船可以让前方的空间处于收缩的状态，并让后方的空间处于扩张的状态，于是，曲速飞船就能在这样的曲速泡中高速运动，甚至可以超光速。这种超光速并不违背狭义相对论，因为飞船本身的速度并没有达到光速，超光速前进的是飞船周围的空间。

实现超光速溶飞行还有另外一个方法，那就是通过虫洞。虫洞是根据相对论提出的一个猜想理论，这是宇宙空间扭曲到极致后形成的一种通道，通过虫洞我们可以快速到达宇宙的另一边，是未来人类有希望实现宇宙探索的最主要方式。

当然，对于虫洞目前还只是一种理论猜想，它在现实中是否存在，还需要科学家的不断努力探索。如果我们能够在宇宙中发现虫洞的存在，那么人类未来将宇宙变成宇宙村的梦想也就有了实现的可能。

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