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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。


标签: 突破光速 能够超越光速吗

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