为什么说光速是宇宙最快的速度?

到底是怎么确定的光速是宇宙最快的速度,会不会有一些科学观察不到的物质超过光速吗?

其实这个问题是没有最终定论的。因为按照现代物理学的观点,光速(严格说是真空光速)是可以被超越的。在一些物理学专著里面,对速度大于真空光速的情况是留有余地的。比如说,温伯格所著的《量子场论》一书就给明确说明了可能存在一类特殊粒子,它们的质量是纯虚数(虚数在高中数学里会介绍,一个纯虚数的平方等于一个负实数),速度大于真空光速。但是这类粒子到现在为止都没有找到。因此,我们只能说,就目前来看,真空光速是所谓的“最快的”速度。

我们以真空光速为界限,将速度化为三类:亚光速、超光速、光速。用几何语言又分别冠以新的名称:类时、类空、类光。要先明确的是,世界很大,人类所能掌握的知识是有限的,我们目前不能通过实验手段彻底否定“超光速粒子的存在”。但是如果我们坚信因果律不会被打破,坚持认为这个世界就不允许我们进行时间旅行,那么光速就不能被超越。这就是相对论的基本观点。【注意,“因果律”和”运动速度”只在相对论里被联系到一起,而在非相对论理论里面没有关系。】

但是,有一个理论却不这样认为,它叫量子力学。量子力学认为,速度的大小不是确定的,而是有起伏的,在一些情况下速度可以飙升到远超过光速的速度值!量子力学和相对论在光速问题上是持截然相反的观点。量子力学对相对论的冲击可以说是十分强烈的。物理学家为了调和二者,可谓是费尽心机(光就是既有相对论效应有具有强烈量子效应的物理客体)。但是就目前来看,即便是比较好的理论(前面提到的量子场论)也不能彻底排除超光速。

说到这,可以下结论了:只要实验一天没有找到超光速粒子,那么我们就能认为光速是速度的极限,只要找到了超光速粒子,那么就能否定该结论。

【考虑题主自己的情况,这里对前面提到的一些物理名词做一些解释;

  • “速度”是有方向的,因此不能说速度等于某一个实数,只能说速度大小是什么什么实数,这里不考虑严格性,故将“速度大小”和“速度”混用;

  • 几何语言指的是微分几何语言,它是现代相对论物理学的基础语言;

  • 我用到了一个词语“起伏”,这个词语一些文献上也叫“涨落”,热力学和量子力学都存在涨落现象,物理学分别称为“热涨落”“量子涨落”;

  • 量子力学是描述尺度小于一微米(一米的一百万分之一)的粒子其运动规律的物理理论,而相对论则是描述当运动速度接近真空光速或者处于引力加速度十分大的天体附近的物体运动规律的物理理论,量子力学和相对论是水火不相容的理论,目前来说能做到将二者部分调和起来的是量子场论;

  • 量子场论是将粒子看做场的一种物理理论,它取消了经典物理学里面物质和场的差异,将二者统一成场,所有物质在高能态下表现为场的形式。在场的观点下,狭义相对论和量子力学自动融合,而且能给出被实验精确验证的计算结果。但是广义相对论还不能和量子力学融合。】

我先纠正提问者的问题,光不是宇宙中最快的物质,比光子运动快的物质很多,理论上,快子就比光子快很多。

目前人类通过实验证明,中微子运动也超过光速。欧洲核子研究中心(CERN)在2011年9月23日发现:被送往732公里之外Gran Sasso实验室的中微子们比光速快了60纳秒到达。用数字来表示,就是光速299,792,458m/s,而中微子在实验中检测到中微子速度是299,799,953m/s。打破了爱因斯坦理论之一,就是“光速无法超越”。

我们往往把光速和时间关联在一起,他们之间到底有没有关系呢?其实是有的,因为有了空间,才有了时间。有空间就有了距离,光的运动也是在空间的距离内运行。当没有质量的光之在这个空间运行时,就好比是光子在无限的膨胀,和宇宙的膨胀一样,时间也随之膨胀,我们就感觉到时间被拉长,所以变慢。无论速度多块,时间也只会随速度而减慢,但不会停止或倒流。

由于时间关系,我先写到这里,抽空我会写一篇相关的文章,详细介绍时间,空间的关系。希望你们到时点评。

量子纠缠的速度超过光速,未来宇宙探索必须是要超过光速的通讯方式才行。另外影子的速度其实也是超过光速的。只是运动很复杂。《三体》中智子的通讯是实时到达的,当然其中原理是什么没有说明,但至少也是用了量子纠缠类似的方式吧!

感谢你的邀请;迄今为止,光速一直是微观世界粒子运动速度的极限值,以目前的人类科技水平来看,还没有发现哪种东西的运动速度超过光速,但是会有人说两个量子之间的响应速度超过光速;我想说的是人类现在对量子的研究还处于初始阶段,还有很多技术不成熟,量子之间的感应原理都还没完全弄明白,所以目前光速仍然是宇宙中最快的速度(不排除以后有新的发现)。

1:至于为什么光速是宇宙中最快的速度,我认为还是有光自身的特点决定的;第一,光的存在形态与其他东西有着本质的区别,光是电场与磁场在空间中交替变化所产生的,只是由于人们对不同频率的波感知不一样,所以会有可见光与不可见光的区别。第二,光的产生原理与一般物体不同,光是原子受激电子发生跃迁而释放出来的,且光是携带者能量的,根据爱因斯坦的相对论我们可以知道,光是没有静质量的,

光本身的运动不需要符合相对论原理,因为它自身就是描述宇宙万物的运动的一个度量,一个标准,其他物体的运动接近光速的什么程度,就会有什么样的观测效应。

2:在很多的著名的相对论公式中,可以看到光速无处不在,这说明光速确实是一个不可超越的自然法则,至少现在是这样。

光速只是现在已经验证最快的速度,人类是否以后能验证比光速更快的速度,我不知道,等验证了再说。

看见上面有人说有比光速更快的速度,那不是科学,只是理论。

没有被验证过的理论只能算是假说,只有被验证过的理论才叫科学。

所以,不要把假说与科学混为一谈。

还有网友回答光子没有质量,这种说法只能说他没能说明白。

光子在绝对静止时候,理论上没有质量,但这也是假说。谁见过绝对静止的事物,在这个宇宙中,反正我是没有看到。

但运动光子是有质量的,所以,我说这位网友只是一知半解。

现在很多人把假说与科学混杂在一起,其实都是不理解科学是什么。

初中生,提这样的问题很好,你是个爱思考孩子。我简单的解答一下:

你的问题换种提法就是:光速为什么无法超越?有两个知识点你要先理解:

一、光又叫电磁波,是以能量的形式存在,没有质量。光速是电磁波的内在属性,电磁波生来就是以光速传播,不是从零开始加速到光速的,光速的精确值为299792458米/秒。

二、物质的质量不是一成不变的,包括静止质量和动质量两种。我们一般生活中指的是物质的静止质量,当物体加速运动的时候,其质量会增大,即为动质量。

现在说重点:我们要推动某个物体加速,就要付出能量,物体速度提高了以后导致其质量增大,结果,推动质量更大的物体继续加速就需要付出更多的能量。质量随速度加快而增大的效应在日常情况下并不明显,但在速度接近光速的情况下会急剧放大,事实上,当物体速度非常非常接近光速的情况下,比如达到光速的99.99999%情况下,物体的动质量会趋向于无限大,推动质量无限大的物体继续加速必然需要无限大的能量才行!显然,世界上不可能有无限大的能量。

结果,就是有质量的物体无论如何,运动速度只能在光速以内,只有无静止质量的电磁波才会以光速运动。明白了吗?

爱因斯坦的质能方程E=mc^2就很好的说明了这个效应。当然,这只是说明有质量的东西运动速度受到光速的限制,并不代表宇宙中没有超光速现象,相对于地球150亿光年距离以外的宇宙空间的膨胀速度就是超光速在远离我们而去的。也许,以后物理科学会发现突破光速的方法,谁知道呢?

希望能帮到你。

2022-02-13

2022-02-13