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宇宙为什么禁止我们飞得像光一样快?

2020-11-11 36 11/11

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是什么阻止物体以光速飞行?

截止目前,我们所学的物理学知识排除了以超光速飞行的可能性,至少对于有质量的物体,如粒子。除了纯粹的科学推理之外,比光速更快的旅行将对我们的世界观产生深远的影响,例如回到过去的能力,这将帮助我们更加深刻地理解一些非常基本的物理定律,如热力学第二定律。

但是遗憾的是以我们目前所知的宇宙理论,光速是最快的存在,没有任何物体能够超过甚至达到光速,这是一个令人失望的结论,因为它永远排除了在我们探索外星生命等过程中前往遥远的外太空目的地的奇异可能性。除非他们发现了一种打破物理定律的方法,否则这也大大降低了来自外太空的外星人造访的可能性。

为什么会这样?为什么人类不能制造一台能够超光速(ftls)旅行的机器呢?爱因斯坦方程告诉我们这几乎不可能。当速度v等于光速,这个方程告诉我们,物体的质量(m,或相对论质量)将变为无穷大,这意味着它将需要无穷多的能量来推动它,这在宇宙中是不存在的,这就终结了人们对宇宙旅行的向往。

不过,人类仍然抱有希望。毕竟,从大爆炸开始到现在,宇宙的膨胀速度已经超过了光速。一些理论上超越光速的量子“粒子”(如中微子)和理论(如量子纠缠)提供了希望。随着物理学的发展,以及我们对宇宙规律的认识不断进步,人类有很大概率创造出新的可能性。即使目前的证据表明相反,还是有希望的。根据爱因斯坦的相对论,当你离光速越来越近时,它消耗的能量成倍增加。这些粒子可以很好地预测物体移动速度较快时的现象,比如人类把太空船送上太空,船上有一个几乎和地球上的原子钟完全同步的原子钟。当他们回来时,地球上的钟比船上的时钟要快。因此,与其他人相比,移动得更快会使时间扩张,或者使时间移动得更慢,相当于船上的人进行时间旅行。

但不要把爱因斯坦的理论看作真正的方程式,因为它确实有它的问题。根据相对论,任何有质量的物体都不能比光在规则空间中的速度快,因为它需要无限的能量才能这样做。光的静止质量为零,不过有趣的是,它确实有动量,所以当它撞击到某个物体时,它携带着力。

另一个关于时间旅行的理论是虫洞,虫洞是超越光速的存在,为什么呢?所谓虫洞是空间的捷径。我们知道空间会被扭曲,当你在空间中取两个相距很远的点,然后把它们放在一起,通过这一点你可以快速到达另一个点,直接跳过遥远的间隔。

不过关于光速,已经有好几项实验证明光的速度可以减慢。一些实验包括在磁场中使用低温冷却的YSO+Pr(掺Pr的原硅酸钇)晶体,他们使用EIT(电磁感应透明)使材料不透明,同时光脉冲穿过晶体内部,由此产生的光速非常慢,他们能够以分钟为单位储存时间!与地球表面的每秒7.5个轨道相比,这实在是太慢了。所以我的观点是,我们对这个宇宙并不是很了解,我们永远也不应该得出我们不能完全理解的明确结论。

总结

总的来说,当你对任何物体进行加速和物体运动时,你添加到物体上的一部分能量变成了增加的动能(增加了速度),一部分能量变成了增加的质量(也就是说,物体变得更重)。这听起来很奇怪,但却是真的。当你推动某件东西使它走得更快时,它实际上因为你的推动而增加了质量。当一个物体移动缓慢(即远低于光速)时,大部分的推力都会转化为更高的速度。但是如果物体的速度接近光速,大部分的推力都会转化为增加的质量。物体越接近光速,质量就越大。基本上,你永远都不可能把物体推到光速,因为你对它的推动只会使它越来越大,因此,更难推动。这也是我们目前所知的为什么达不到光速的原因。

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