有质量的物体达到光速是不可能的。只有静止质量为零的光子以光速恒定运动。光速与任何速度叠加,得到的仍然是光速,不遵从伽利略和牛顿经典力学的法则,而遵从相对论的速度合成法则(感兴趣的朋友可以去看看洛伦兹变换)
真正有意义的超光速,一般是指超光速传递能量或者信息。根据狭义相对论,超光速旅行和超光速通讯是不可能的。目前关于超光速的争论,大多数情况是某些东西的速度的确可以超过光速,但是不能用它们传递能量或者信息。 粒子对撞机的研究表明,无论信息传输得多快,其传输速度都不能超过光速,一再证明爱因斯坦的速度极限理论无懈可击。
真空中光速最快【并不是“观测到没有更快的,所以它最快”】,而是通过数学推导和实验得出的可靠知识。
量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,【与超光速无关】,已经证明无法利用它控制和传递信息。处于纠缠态的粒子间无法传递任何信息,而是处于一种奇怪的对应状态,且只有当我们对它进行“被动”“询问”时,这种对应关系才会显现。假如迫使其中一个粒子呈现某种状态,那么其“纠缠态”就会立即中止。在应用中,通信需要传输信息。加载特定的信息,就意味着要把人的“意志”“主动”强加给其中一个,这样“纠缠态”被消除,无论你在地球上获得什么样的结果,都和n光年以外的那个粒子无关了。只有通过测量一对处于“纠缠态”,且整体状态已知的粒子中的一个,才能够在瞬间获知另一个的状态;而无法把信息人为地加载给其中一个,并发送给另一个。
( “信息”指的是能作用于一个物体或系统的任何信号,例如,一束光脉冲能开启一台仪器设备。研究人员提出,即使脉冲光束中最前沿的一些光子的速度超过光速,也只有在光束的多数光子团到达后,脉冲才会发生作用。这就是说,前沿超光速光子不能传达任何信息。不能传递信息的超光速是没有意义的,比如空间膨胀虽然超光速但无法传递信息。)
科学界有一种说法,认为光速不是物理规律,而是【数学规律】,比如圆周率为什么等于π?因为宇宙诞生的时候就等于这个数值,是第一属性。光速就和圆周率一样,是数学属性。该说法被很多专业人士认可。
中山大学天文与空间科学研究院院长李淼表示:量子通信无法超光速,该技术仅为信息加密,与信息瞬时通信无关。(注/《三体中的物理学》中的第80页)
光速最快【不是科学假说】,而是【科学理论】。理论上确实允许在别的宇宙(数学宇宙)存在超光速,这是数学上允许的,但推导出在我们这个实际宇宙,不可以存在超光速。因为多元宇宙理论无法证伪,不是科学理论,即使存在超光速,也与实际宇宙没有关系,也不可能被证实。据此,真空中光速最快,在有证据修正之前,该科学理论就是可靠的。
地球赤道周长4万公里,真空光速为每秒三十万公里,因此光子每秒能绕地球七圈半。
太阳系是个直径两光年的球形区域,从地球出发不论从哪个方向飞,都需要至少飞一光年,才能离开太阳系。
一光年,对旅行者一号来说,需要3万年才能飞完。
尽管在光子的“感知”里,自己不需要时间,就能到达宇宙任何地方,但在低速运动状态下的人类看来,一光年的距离,就意味着连光都需要一年时间才能跑完。
而且一年之后
离开的不过是半径一光年的太阳,可进入到的,却是半径465亿光年的可观测宇宙,以及可能连半径都没有的,“全宇宙”。
由此可以看出,光速之于宇宙,好似蚂蚁之于地球,如果再考虑到地球恒定,而宇宙膨胀的话,光速连蚂蚁都不如……
但好在宇宙中还是存在超光速的
目前,真正被大众熟知的,且被科学界承认的超光速,一共有两个,它们分别是量子纠缠超光速,和宇宙膨胀超光速。
但这两个超光速,都不传递信息,因此既没有违反相对论,也没有打破因果律。
只不过,“超光速违反相对论”这一说法,其实有点冤枉这个百年前的理论。
因为在狭义相对论之后,诞生的广义相对论中,时空结构是,可以被质量“肆意蹂虐”的。因此光线在经过太阳周围时,才会被弯曲。
大质量恒星晚年的核心区,也才会因为质量过大,而变成黑洞。
1930年,爱因斯坦和同为物理学家的罗森,构想了一种,时空扭曲到极致后的产物,“爱因斯坦-罗森桥”
这个后来被称为“虫洞”的东西,可以连接宇宙中,任意两个时空坐标,从而实现坐标之间的“快速抵达”,且理论上来说,只要时空足够扭曲,那么虫洞还可以让人类,在一瞬间从地球到达,254万光年外的仙女座星系。
最重要的是,整个过程完全是利用了,时空本身的特性,没有任何违反相对论的地方。
那么虫洞是怎么产生的?
人类又该如何生成虫洞?
目前的理论认为,天然虫洞源于时空漩涡的碰撞,而时空漩涡,就好像滚开水中不断涌现的气泡,天然虫洞则是气泡们短暂“相交”时的产物,但“相交”必然是短暂的。
所以在宇宙接近绝对零度的今天,天然虫洞基本销声匿迹了。
物理学家基普.索恩认为,想要在今天的宇宙中生成稳定虫洞,需要“负能量”来帮忙,它可以帮助虫洞保持稳定,并确保虫洞不会被引力“坍塌”,遗憾的是,尽管“卡西米尔效应”中,有负能量的影子,但物理学界对负能量的研究还很有限,人造虫洞也还停留在科幻阶段。
在今天的航空航天界来看来,物理学界的“虫洞”根本没有任何实际意义,航天科学家们眼下更期盼的,是可控核聚变和霍尔推进器,前者能为飞船提供充沛电能,后者能让飞船直接“用电加速”
如此一来,化学能源+反作用力推进,的低效率将不复存在,人类文明也将迎来真正的“星际大航海时代”
快一点,再快一点,这是人类一直以来的追求,但是,速度有一个极限吗,超光速真的存在吗?
光速,人们最初认为它是无限大的,后来发现光速也是有限的,再后来,科学家测出了光速大约是30万km/s。现在,我们知道真空中的光速是恒定不变的,并且是宇宙中速度的极限。因为光速恒定不变,我们就把光速人为定义为299,792,458米/秒,注意,这不是一个测量值,因为国际单位制中的米就被定义为真空中的光在1/299,792,458秒内传播的距离。
光速极限更准确的表达是,任何携带信息和能量的物质都不可能超越真空中的光速。这里有两个需要注意的地方:
第一是物质,而且是携带信息和能量的物质。据现有的理论显示,在宇宙大爆炸后的一段时间里,宇宙经历了一个叫暴涨的过程,那时宇宙的膨胀速度远远大于光速,但这只是空间本身超过了光速,物质并没有超过光速。实际上,即使是信息也无法超光速。量子纠缠确实拥有超越空间距离的“鬼魅似的远距作用”,但它本身不能传递信息,因此,任何信息的传递也无法超过光速。
另一个需要注意的地方是“真空中的光速”。在介质中,光的传播速度回变小,这时,物质就可能超越介质中的光速。但这不算真正意义上的超光速,因为物质速度仍然无法超过真空中的光速。以水为例,光在水中的速度为2.25×10^8m/s,而核反应堆产生的高能电子是会超过这个速度的,这时,水中会出现微弱的淡蓝色光,被称为切伦科夫辐射。
总之,以现在人类的科学技术水平,不要说从技术上把人或者其他实体物质加速到超过光速,就是在理论上也是不可能的。想要征服星辰大海,人类还有很长一段路要走。
超光速对于一般物体(具有静止质量)来说都是妄想,但宇宙中也确实存在一些超光速的现象,比如宇宙膨胀、量子纠缠等。
我们都知道,速度的快慢是相对于特定参考系而言的。比如天上的飞机,相对于地面上的人来讲,它的速度是非常快的,超音速都是有可能的;但对于飞机内部的飞行员来讲,飞机的速度就是零。当然了,这只是单纯的从参考系层面给出的答案,人的主观意识并不算在内。
在牛顿力学中,这样的速度是没有上限的,也就无所谓什么光速,只要加速时间足够长,就能达到任意速度。但在狭义相对论出世后,这样的局面改变了,它给物体的运动速度划上了一个上限,那就是光速。
但相对论也有它的适用范围,面对宇宙本身的膨胀,相对论是管不了的。目前的观测数据显示,大约每隔326万光年,空间膨胀速率就会增加70公里每秒,显而易见,在大约140亿光年之外的地方,膨胀速率已经超过了光速。
还有一个现象就是著名的量子纠缠,爱因斯坦对它形容是“鬼魅般的超距作用”。一对处于纠缠态的粒子,将二者分开任意远的距离,只要你对其中一个做出观测,那么另一个也会瞬间做出反应。举一个便于理解的例子:比如你在中国某一时刻突然想起你在美国的亲人,而你的亲人也在那一时刻瞬间知道了你的思念。
但量子纠缠并不能传递信息(这也是很多人对量子加密通信的一个误解),所以说这也不是相对论所能管的。