光速是音速的多少倍(光速是宇宙速度的极限?)

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光速的多少倍(光速是宇宙速度的极限?)

相信大家都知道爱因斯坦的相对论。也许你不太了解,但至少你听说过。相对论分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论的主要核心之一是“光速极限”,简单来说就是“宇宙的速度极限”。

光速的这一特征也意味着因果关系的存在,它存在于我们的现实世界中。说白了,结果一定是在原因之后产生的,这也是一个基本的自然规律。

这很容易理解。举个简单的例子,你只能在扇自己耳光后才能感觉到疼痛。不可能出现以下情况:你首先感到脸上疼痛,然后扇自己耳光。

然而,相对论中的“光速极限”并不是绝对的。具体来说,自然界中任何具有静止质量的物体,或者任何携带信息能量的物体,都不能超过光速。

光速最大值约为每秒30万公里(精确值为每秒299,792,458米)。宇宙中的一切,无论是我们每天看到的宏观物体,还是极小的微观粒子,如电子、质子、中子等。,不能以光速飞行,而只能无限接近光速。

为什么我们达不到光速?

狭义相对论表明,物体的速度越大,质量越大(更严格地说,动能越大)。如果物体无限接近光速,动能就变成无穷大。但是能量和质量其实是等价的,能量和质量只是物体的两面。

如果你想让一个物体达到光速,就意味着你需要无限量的能量,而宇宙中所有的能量都不够,这显然是不可能的。

目前,人类发明的最快速度已经非常非常接近光速。在大型粒子对撞机中,微观粒子的速度可以加速到299,792,455 m/s,是光速的99.999999%!只有一点点低于光速。

但不要低估这一点,也不要认为“我们更加努力”就能达到甚至超越光速。这“一点点”是技术资源网络永远无法跨越的鸿沟。更不用说微小的人类,即使是最令人恐惧的黑洞也无法将物体的速度加速到光速。

但是狭义相对论中的“光速极限”只限于有静止质量的物体,也就是说没有静止质量就可以达到光速,准确的说是“没有静止质量的物体必须以光速飞行”。

比如引力子(目前还是一个假设的概念)、胶子、光子等。生来就是以光速飞行,没有任何加速度。

爱因斯坦的狭义相对论体现了光速的极限。其实自然本身肯定有光速的极限,因为自然界中有一个我们熟悉的因果定律。如果一个物体飞得比光速还快,因果定律就会被打破,整个宇宙就会彻底陷入混乱,甚至分崩离析。

比如,如果你能用比光速还快的霰弹枪射击猎物,你会先看到猎物掉下来,然后扣动扳机,因果关系就会完全被打破,现实世界就会完全混乱和不可预测。

对这个世界的现实来说,这个世界是由物质组成的,物质是由电磁力、力和重力这三种基本力组合而成的,这三种基本力是由光子、胶子和引力子传递的。如果一个物体的速度超过光速,就意味着以上三种力基本追不上物体本身。材料如何粘合在一起?

没有补给,宇宙从何而来?

不过话说回来,“限速”也不是绝对的,而且是有前提的。这个前提是“任何具有静止质量、携带信息和能量的物质都不能超过光速”,这意味着大自然并没有完全关上“超光速”的大门,也为我们沉迷超光速“打开了一扇窗”。下面是几种超光速现象,而且都是远超光速。

在某种介质中,超光速

每秒299,792,458米/秒的光速是真空。其实光速在现实中是达不到这个速度的,因为自然界充满了各种各样的介质,介质中的光速总是小于光速,光速是c/n,其中C是光速,n是介质的折射率,n总是大于1。其实很多时候,光在介质中的速度远不如在真实空中的速度。例如,光速在水中只有0.75摄氏度。

利用光的这一特性,我们可以在某种介质中“超过光速”(当时不是真实空中的光速,而是介质中的光速)而达到“光障”的后果。科学家正是这么做的。

一个物体可以以比介质中的光更快的速度通过介质,就会产生光冲击波(光障),这种光冲击波被称为“切伦科夫辐射”(诡异的蓝光)。物体必须在密度相对较高的介质中快速运动,这样我们肉眼才能看到光障效应。例如,核反应堆以非常高的速度喷射电子,高速电子在冷却水中的传播速度超过了水中的光速,从而产生锥形冲击波。

BIGBANG飞速发展的速度

长期以来,科学家认为宇宙起源于大爆炸,体积无限小、质量密度无限的奇点是一切的开始,一切都是从零开始的。然而,在通货膨胀理论出现后,大爆炸理论似乎有点过时了。

根据这一理论,时间不是从奇点的突然扩张开始的,而是从10-41秒开始的,当时宇宙已经存在,其大小约为一个天文单位(1.5亿公里)。

当时宇宙中没有物质,只有真空能量,真空能量可以让宇宙呈指数级膨胀,然后暴涨在10-36秒内瞬间停止,非常短暂。

之后,真空能量衰变为物质,包括我们现在知道的基本粒子和反粒子。然后开始迅速扩张。

它的扩张速度有多快?一秒钟内,它膨胀到一光年的大小,一年后,它将与现在的银河系差不多大。想象一下这个速度,光速在这个速度面前不值一提!即使在138亿年后的今天,宇宙的膨胀速度依然远超光速。不仅如此,宇宙的膨胀速度一直在加快。宇宙之间每隔100万光年的距离空,膨胀速度会以每秒20公里的速度增加,就像我们吹气球一样,气球上两点之间的距离会变得越来越远,它们之间的距离也会变得越来越快。

空正在以超过光速的速度膨胀,这并不违反相对论。空中的对象只是跟在空后面,它们之间没有任何信息。

奇怪的量子纠缠

很多人都听说过“量子纠缠”,奇怪到被爱因斯坦称为“隔空鬼魅般的动作”,也让爱因斯坦非常头疼,因为量子纠缠完全推翻了经典物理,他认为我们的世界是定域的(也就是不能超过光速),而量子纠缠是非定域的。

比如在量子世界中,无论它们相距多远,即使在宇宙的两端,只要我们测量其中一个微粒子的情况,如果粒子的自旋是向下的,那么另一个技术资源网络中的其中一个粒子的自旋一定是向上的,看起来它们之间好像有心灵感应,可以根据对方的情况瞬间做出决定。

虽然量子纠缠很奇怪,但科学家已经验证了这种现象的真实存在。结果是爱因斯坦错了,但不代表他的相对论错了。

量子纠缠与相对论中的“光速极限”并不冲突,量子纠缠中的两个粒子不能传递任何信息。因为当我们测量其中一个微观粒子的条件时,粒子所指示的条件实际上是随机的,每一次测量都意味着量子纠缠的崩溃,也就是说,一旦我们测量,纠缠态就会立即消失,粒子之间就不会再有纠缠。

所以“光速不能超过”的说法其实并不严谨,因为这个说法不是绝对的,是有前提条件的。应该说,任何信息的传输速度都不能超过光速(真空中的光速)。

这种非绝对性也可以看作是大自然留下的“瑕疵”。我们可以利用这个缺陷比光传播得更快。比如虫洞和“曲速驱动”的概念,应用空之间的弹性,折叠甚至撕裂瞬间穿越浩瀚的星际距离。