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科學(xué)分析:有什么事物能超越光速嗎?

2022-05-14 13:06:54    來源:新浪網(wǎng)

英國倫敦帝國理工學(xué)院理論物理學(xué)家克勞迪婭??德??拉姆(Claudia de Rham)稱,從技術(shù)上講,“沒有任何事物的速度能超越光速”的說法本身并不完全正確,至少在非真空環(huán)境中是這樣的,但她強(qiáng)調(diào)有一些因素需要考慮在內(nèi)。

新浪科技訊 北京時(shí)間5月14日消息,據(jù)國外媒體報(bào)道,1676年,丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默爾(Ole Roemer)通過研究木衛(wèi)一運(yùn)行狀況,計(jì)算出光以限定速度傳播。兩年后,荷蘭數(shù)學(xué)家、科學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)基于羅默爾收集的數(shù)據(jù),成為試圖測定實(shí)際光速的第一人。

當(dāng)時(shí)惠更斯提出的光速值為211000公里/秒,該數(shù)值并未達(dá)到目前的精確標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在我們知道“真空”中光速達(dá)到299792公里/秒,但惠更斯曾評(píng)估稱,光以不可思議的速度在太空中傳播。

依據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論,光傳播速度如此之快,以至于宇宙真空中沒有任何物體能比光傳播速度更快。美國阿拉巴州立大學(xué)推進(jìn)研究中心航空航天工程(603698)副教授賈森·卡西布里(Jason Cassibry)證實(shí)稱,我們?cè)谔罩写┬兴俣葻o法超越光速!

該結(jié)論是正確的嗎?或許不對(duì),當(dāng)光不在真空中傳播,是否仍遵循“光速無法被超越的定律”?

可見光譜圖。英國理論物理學(xué)家克勞迪婭??德??拉姆說:“如果把光看作一種波,那么就有‘多種原因’解釋為什么某些波在介質(zhì)中比白光(或者無色光)傳播得更快,其中一個(gè)原因是當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí),例如玻璃或者水滴,不同頻率或者顏色的光以不同速度傳播。

英國倫敦帝國理工學(xué)院理論物理學(xué)家克勞迪婭·德·拉姆(Claudia de Rham)稱,從技術(shù)上講,“沒有任何事物的速度能超越光速”的說法本身并不完全正確,至少在非真空環(huán)境中是這樣的,但她強(qiáng)調(diào)有一些因素需要考慮在內(nèi)。

光既有粒子特性,也有波的特性,因此光可以看作既是粒子(光子)又是波,這就是波粒二象性。拉姆說:“如果把光看作一種波,那么就有‘多種原因’解釋為什么某些波在介質(zhì)中比白光(或者無色光)傳播得更快,其中一個(gè)原因是當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí),例如玻璃或者水滴,不同頻率或者顏色的光以不同速度傳播。”

依據(jù)美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的一篇文章,最明顯的例子發(fā)生在彩虹中,較長、較快的紅色波長位于彩虹頂部,而較短、較慢的紫色波長位于彩虹底部,然而當(dāng)光在真空中傳播,情況就不一樣了。

美國東南路易斯安那大學(xué)物理學(xué)家瑞德·阿蘭(Rhett Allain)教授稱,所有光都是電磁波的一種形式,它們?cè)谡婵罩卸加邢嗤俣取? ×10^8米/秒,這相當(dāng)于無線電波和伽馬射線的速度。

因此,依據(jù)拉姆的理論觀點(diǎn),唯一比光速更快的事物(有點(diǎn)自相矛盾)就是光自身,盡管僅發(fā)生在非真空環(huán)境中。但值得注意的是,不管是什么介質(zhì),光速永遠(yuǎn)不會(huì)超越299792公里/秒。

宇宙角度

依據(jù)卡西布里的觀點(diǎn),當(dāng)討論速度超過光速的物體時(shí),還有一些其他因素需要考慮。他說:“宇宙某些部分正以超過光速的速度膨脹,且離地球遠(yuǎn)去,例如:哈勃太空望遠(yuǎn)鏡近期觀測到一顆被稱為埃倫德爾(Earendel)的遙遠(yuǎn)恒星,它釋放出129億年前的光線,但是由于宇宙時(shí)刻都在膨脹,埃倫德爾恒星自形成以來一直在遠(yuǎn)離地球,所以它當(dāng)前與地球的距離并非129億光年,而是更加遙遠(yuǎn)。

在這種情況下,時(shí)空不斷地膨脹,但時(shí)空中的物質(zhì)仍然在光速范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。所以很明顯正如我們所知道的,沒有什么物體的速度會(huì)超越光速,但是否存在可能超越光速的情況呢?

拉姆說稱,愛因斯坦的狹義相對(duì)論以及廣義相對(duì)論,是建立在“空間和時(shí)間概念相對(duì)的原則之下”,但這意味著什么呢?如果有人能以超越光速的速度并攜帶信息,那么他們的時(shí)間概念會(huì)比我們的時(shí)間概念更加扭曲,在某些情況下,未來可能影響我們的過去,整個(gè)現(xiàn)實(shí)架構(gòu)就會(huì)失去意義。

這意味著人類時(shí)空旅行速度超越光速是不可能的,但是否會(huì)有一天,我們能研制新型技術(shù)和材料,駕駛超越光速速度的太空飛船往返時(shí)空?卡西布里說:“理論家們提出了各種類型的曲速氣泡,能以超光速時(shí)空旅行。”

人體不可能實(shí)現(xiàn)光速旅行!

拉姆說:“我們可以想象能以光速實(shí)現(xiàn)太陽系外通訊,但將真人以光速發(fā)射是不可能的,因?yàn)槲覀儫o法實(shí)現(xiàn)光速狀態(tài)下人體時(shí)空旅行。即使在一個(gè)非常理想的條件下,例如:人體以恒定速度不斷加速,但事實(shí)上人類很難獲得一種不斷加速的太空旅行技術(shù),我們永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到光速時(shí)空旅行,或許我們會(huì)非常接近光速,但無法超越光速?!?/p>

卡西布里證實(shí)了這一點(diǎn),他說:“在忽略相對(duì)論的前提下,如果你以地球重力1G的速度加速,持續(xù)一年時(shí)間才能達(dá)到光速,事實(shí)上人們永遠(yuǎn)無法達(dá)到這個(gè)速度,因?yàn)楫?dāng)人體接近光速時(shí),人體質(zhì)能將不斷增加,接近無限值?!?/p>

同樣,阿蘭相信超越光速是不可能的,但正如卡西布里所認(rèn)為的,如果人類要探索遙遠(yuǎn)的系外行星,實(shí)際上沒有必要必須達(dá)到光速。他指出,我們能理解比光速更快的唯一方法是時(shí)空中使用某種類型蟲洞,使用該策略可能不需要達(dá)到超越光速的時(shí)空旅行,而是提供一條通往太空其他區(qū)域的捷徑。

然而,卡西布里不確定是否蟲洞是最現(xiàn)實(shí)的超速太空旅行選擇,他說:“依據(jù)愛因斯坦場方程的特殊解,蟲洞理論是可能實(shí)現(xiàn)的,基本上,如果蟲洞存在的話,會(huì)成為兩個(gè)目的地之間的捷徑,但我不知道是否能建造蟲洞,或者如何建造蟲洞?!保ㄈ~傾城)

關(guān)鍵詞: 卡西布里

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