光速是有限的,是愛因斯坦相對論體系的基本結論,即任何具有靜態質量的資訊或物體的速度都不能超過光速。 我們現在知道,光速極限不僅限制了光速,還限制了引力波和因果定律等速度。
說白了,光速其實並不是指“光速”,而是光速等於光速。 這不是文字遊戲,也不是繞口令,因為光速實際上是四維時空的內在屬性。只是我們經常預設光速為光速,當然,對於吃瓜的普通人來說,通俗易懂也不是不可能。
相對論告訴我們,光速是有限的,但物理學家並不相信,他們也在試圖以各種方式尋找可能的超光速現象。
要發現超光速現象,離不開實驗,因為物理學本質上是一門實驗科學,幾乎所有的證據都需要實驗的支援。 無論乙個理論看起來多麼簡潔和美麗,只要它不能通過實驗來驗證,它就會站不住腳,就像天上的城堡一樣。
事實上,科學界已經報道了一些超光速現象,但被證明是烏龍現象。 但即便如此,物理學家也沒有放棄。
2024年,乙個物理研究小組報告說中微子可能有一種超光速現象,在當時引起了很大的轟動,因為物理學大佬們知道,如果真的有超光速現象,意味著什麼,毫不誇張地說,人類已知的幾乎所有物理定律都要重新推演一遍。
物理學家當然不想拆除和重建物理學的大廈,因此當時許多物理學家懷疑實驗的真實性和準確性。 通過對實驗可靠性的嚴格檢查,研究團隊還發現,“超光速”現象是由於與光纖接觸不良造成的,故障修復後,超光速現象消失了。
到目前為止,物理學家還沒有發現任何超光速現象存在的證據,無數的實驗已經驗證了愛因斯坦相對論的正確性,這也是相對論在100多年後仍然屹立不倒的原因。
在這裡,有必要再次強調,上面提到的“不存在超光速現象”有乙個非常重要的前提:資訊的傳遞。 換句話說,任何現象只要傳遞資訊,就不可能超過光速。 言下之意是,只要你不傳遞資訊,大自然就不會關心你,也不在乎你是否超過光速。
事實上,現實中確實存在許多超光速現象,而這些現象都沒有傳達任何資訊。 有哪些現象?
首先,光斑移動的速度
假設地球上有一種強大的雷射,它向月球發射一束具有巨大能量的光束,可以直接照射在月球上,形成乙個巨大的光點。
這時,移動地球上雷射的發射角度,那麼月球上的光斑移動速度很可能比光速快,這只是乙個簡單的數學計算,光斑的速度等於地球和月球之間的距離乘以運動的角速度。
只是這裡的超光速過程不會傳遞任何資訊,雖然斑點的移動速度可能比光速快,但並不是斑點本身在移動,如果你在月球上,每次看到乙個景點,都和以前不一樣了。雷射在地球上發射的光束大約需要 1到達月球需要3秒鐘。
其實很多人常說“影子移動速度比光速快”,非常相似。 這是乙個假設的理想完美情況,大家更容易理解。
假設宇宙中只有一根燃燒的蠟燭和你,你用手擋住蠟燭的一側,你的手與蠟燭保持一定距離。 這時,你不斷拉近手與蠟燭的距離,你會發現影子的範圍在不斷擴大,當你的手無限靠近蠟燭時,整個宇宙的一半都是影子。 也就是說,陰影可以在極短的時間內覆蓋半個宇宙,顯然比光速還快,但這種超光速現象並不傳遞任何資訊,只是乙個簡單的光學現象。
第二切倫科夫輻射
*物理學家切倫科夫曾經發現過一種物理現象,即某些放射性原子釋放的粒子在水中發出藍光,物理學家起初並不知道它們為什麼會發出藍光。 後來,經過進一步研究,發現當粒子在水中的移動速度快於光子在水中時,它們會發出藍光,這種現象被稱為“.切倫科夫輻射
我們都知道,光在真空中的速度是每秒30萬公里,而在其他介質中的速度是小於這個速度的,例如,在水中的速度大約是真空中光速的四分之三,這明顯小於真空中光速。 因此,水中粒子的速度可以大於光在水中的速度。
當然,這種超光速並不是真正意義上的“更快”,因為這種速度在真空中不超過光速,而只是通過“作弊”的手段超過了介質中的光速。
三、量子糾纏
在以往的科普中,關於量子糾纏的討論已經太多了。 正如阿爾伯特·愛因斯坦所說,量子糾纏確實是一種“幽靈般的心靈感應效應”,其中兩個糾纏的粒子,無論相距多遠,都可以瞬間感知到對方。 當我們觀察其中乙個粒子時,該粒子的狀態會坍縮,而另乙個粒子會瞬間感應到它,然後坍縮。
然而,量子糾纏中看似某種“瞬時傳輸”的東西,實際上並沒有傳輸任何資訊,當然也不能用於遠距離通訊。 我們經常聽到的“量子通訊”,比如我們很久以前發射的公尺奇諾量子衛星,並不是用來傳輸資訊的,而是主要用於“量子金鑰分發”,對資訊進行加密,保證資訊的絕對安全。
四、宇宙膨脹
現代主流科學理論認為,我們的宇宙起源於138億年前。 自宇宙誕生以來,它一直在膨脹,比光速快得多。 在138億年的歷史中,可觀測宇宙的直徑已經達到了930億光年,很明顯,宇宙的膨脹速度超過了光速,否則可觀測宇宙就達不到930光年。
然而,宇宙膨脹的本質是時空的膨脹,科學家懷疑暗能量是其背後的“罪魁禍首”,而暗能量很可能是不斷衍生的虛空空間。 時空的膨脹過程不傳遞任何資訊,這在愛因斯坦的廣義相對論中也有表達,它表明時空是有彈性的,我們可以利用時空的彈性來實現間接的“超光速”,比如傳說中的“曲速引擎”和“蟲洞”技術。
總結
就目前的物理學研究而言,光速之所以有極限,是因為我們生活在乙個四維時空中,而限制光速的正是四維時空。 也就是說,如果我們能夠從四維時空中逃脫出來,理論上我們可以隨意超過光速,甚至在更高的維度上,最低速度也僅限於光速,萬物只能飛得比光速快。
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