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超光速存在嗎(超光速筆記本評(píng)測(cè))
宇宙中確實(shí)存在超光速現(xiàn)象
回答這個(gè)問(wèn)題之前,先弄明白光速的概念。顧名思義,光速就是光的傳播速度。值得注意的是,光的傳播雖然不需要介質(zhì),但光在不同介質(zhì)中的傳播速度并不同。
光在真空中的傳播速度約為30萬(wàn)千米每秒,那是宇宙中最快的速度,任何有靜止質(zhì)量的物體的速度都不能達(dá)到或者超過(guò)他。光在空氣中的傳播速度接近真空中的傳播速度,在一些透明介質(zhì)中的傳播速度更慢。比如光在純水中的傳播速度僅為真空中傳播速度的75%,光在玻璃中的傳播速度不到真空中傳播速度的65%。
(如圖所示,一束激光穿過(guò)水時(shí)速度會(huì)變慢)
因此我們?cè)谡劶肮馑贂r(shí),要指明光在何種介質(zhì)中傳播。不過(guò)我們通常所說(shuō)的光速都是指光在真空中的速度。
真空中的光速是一個(gè)常數(shù),并不會(huì)隨著光源和觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變,在任何參考系下測(cè)量的光速都是一樣的。這就是光速不變?cè)怼?/p>通過(guò)上面的介紹,物質(zhì)確實(shí)存在超光速的可能。
我們知道微觀粒子由于質(zhì)量較小,運(yùn)動(dòng)速度通常都很快,有的甚至非常接近光速。當(dāng)光在某些介質(zhì)中的傳播速度很低時(shí),而一些粒子在該介質(zhì)中的傳播速度就有可能超越媒介中的光速。
當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí),就會(huì)產(chǎn)生切倫科夫輻射,我們將此稱之為切倫科夫效應(yīng)。從核反應(yīng)堆射出來(lái)的一些高能電子在水中的運(yùn)動(dòng)速度就比水中的光速快,發(fā)生此種情況時(shí),我們就能從核反應(yīng)堆的水池中看到淺藍(lán)色的輝光,這就是切倫科夫輻射。
(上圖為核反應(yīng)堆水池中的切倫科夫輻射,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))
雖然說(shuō)真正意義上的超光速是指超過(guò)真空中的光速,但這種超光速現(xiàn)象也是確實(shí)存在的。
不得不提的兩大超光速現(xiàn)象1,處于糾纏狀態(tài)的粒子之間的感應(yīng)速度
兩個(gè)處在糾纏狀態(tài)的粒子間存在相互感應(yīng),他們之間的感應(yīng)速度就是超光速的。理論上來(lái)說(shuō),即使相隔一光年,兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的粒子的相互作用也是瞬間完成的。目前科學(xué)家們還并沒(méi)有弄清這背后的原理。
2,宇宙空間的超光速膨脹
我們的宇宙起源于一次大爆炸,在大爆炸初期,時(shí)空就是以超光速狀態(tài)膨脹的。我們宇宙的年齡有138億年,可觀測(cè)宇宙的半徑卻有460億光年,這就是宇宙時(shí)空超光速膨脹的結(jié)果。由于時(shí)空的超光速膨脹,以至于遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光永遠(yuǎn)也到不了我們的視野。
根據(jù)觀測(cè),目前的宇宙正在加速膨脹,目前的科學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為是暗能量在驅(qū)使宇宙加速膨脹。
小結(jié):以上兩種超光速現(xiàn)象并不是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)真空中的光速。
物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度并不能超過(guò)真空中的光速在宇宙中只有靜止質(zhì)量為0的粒子的運(yùn)動(dòng)速度才能超達(dá)到光速,光的靜止質(zhì)量就為0。光子從產(chǎn)生時(shí),初速度就為真空中的光速,在介質(zhì)中傳播時(shí)速度才會(huì)降低。
根據(jù)相對(duì)論,任何有質(zhì)量的物體在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中質(zhì)量都會(huì)發(fā)生增長(zhǎng),當(dāng)物體的速度越接近光速時(shí),這種增長(zhǎng)效應(yīng)就越明顯。也就是說(shuō)物體的運(yùn)動(dòng)速度越快,就越難對(duì)其進(jìn)行加速,加速時(shí)消耗的能量也就越大。當(dāng)物體的速度達(dá)到光速時(shí),就具有無(wú)窮的質(zhì)量和能量,這在現(xiàn)實(shí)中是不可能存在的。事實(shí)上當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)一定臨界值時(shí),物體就會(huì)坍縮成黑洞。
由此可見(jiàn),有質(zhì)量的物體的運(yùn)動(dòng)速度不僅不能超過(guò)光速,根本達(dá)不到光速。
高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下速度的合成假設(shè)甲、乙兩艘飛船各自相對(duì)于觀察者以0.9倍的光速相背而行,且甲、乙的運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,若按日常經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,兩艘飛船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度已經(jīng)達(dá)到8倍光速了,這樣的邏輯在經(jīng)典物理學(xué)上是沒(méi)問(wèn)題的。
可事實(shí)并不是這樣的,這兩艘飛船的相對(duì)速度并沒(méi)有超過(guò)光速。
高速運(yùn)動(dòng)(接近光速)狀態(tài)下,基于牛頓絕對(duì)時(shí)空觀的伽利略變換已經(jīng)不適用了,我們需要用到洛倫茲變換。洛倫茲變換描述的是不同參考系下速度的疊加。根據(jù)相對(duì)論速度變換公式u=(u1+u2)/(1+(u1u2)/c^2),我們可以得出上述例子中兩艘飛船的相對(duì)速度只有0.9945倍的光速。
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