來源:hao123百家號 時間:2022-04-01 07:57:39
愛因斯坦在20世紀初發(fā)表的狹義相對論認為:光速是我們宇宙的極限速度,任何靜止質(zhì)量不為0的物體無法達到光速也無法超過光速。
而在更早的19世紀,物理學家麥克斯韋已經(jīng)證明了光的本質(zhì)就是電磁波,所以每秒30公里的電磁波才能在一秒內(nèi)繞地球赤道7.5圈,可以說近兩個世紀以來的電磁波通訊,以及目前的全球互聯(lián)網(wǎng)都歸功于愛因斯坦和麥克斯韋。
但伴隨著人類文明探索宇宙進度的加快,科學家越來越意識到光速的“緩慢”了,舉例來說:地球上的控制中心想要與月球探測器取得聯(lián)系的話,就要忍受兩秒多的延遲,因為地月之間距離38萬公里而光速只有每秒30萬公里,信息每往返一次就需要2秒多一點。
如果是和火星聯(lián)系的話,通訊延遲就會變成23分鐘左右,具體準確時間要看當時地球與火星的距離,而如果想和220億公里外的旅行者一號探測器取得聯(lián)系,就得忍受一來一回長達40個小時的通訊延遲,由此不難看出光速在宇宙中其實就是龜速,一秒能繞地球七圈半的它在宇宙中其實是最慢的信息傳遞介質(zhì)。
那么宇宙中有沒有超光速現(xiàn)象呢?
答案是有,并且不是一種而是三種,最重要的是這三種超光速現(xiàn)象已經(jīng)被科學界普遍承認了,并不違反愛因斯坦的狹義相對論。
首先是第一種:宇宙膨脹速度超光速
宇宙膨脹最早于20世紀20年代被美國天文學家埃德溫.哈勃發(fā)現(xiàn),當時他注意到除了仙女座星系外的其他星系光譜都在向紅色端移動,也就是紅移,而在物理學中紅移代表著光源正在遠離觀察者,于是在絕大部分星系紅移被確定后,哈勃得出了宇宙正在膨脹這一結(jié)論,并且距離地球越遠的星系遠離地球的速度越快。
后來的哈勃太空望遠鏡的觀測結(jié)果表明,宇宙時空在145億光年外的膨脹速度正式超過光速,也就是說145億光年之外的星系正在以超光速遠離地球,它們發(fā)出的光也永遠不可能飛到地球,所以145億光年外的星系其實是永久失聯(lián)狀態(tài)。
在此需要指出的是,星系本身的超光速移動是因為宇宙時空本身的超光速膨脹,而時空本身并不具備質(zhì)量,所以不受愛因斯坦相對論的約束,因此宇宙時空本身的超光速膨脹并不違反相對論,因為相對論約束的僅僅是宇宙時空之內(nèi)的物質(zhì),而非時空本身。
第二種超光速現(xiàn)象是量子糾纏的反應速度
作為和相對論齊名的現(xiàn)代物理學兩大支柱之一,量子力學中的量子糾纏一直以來都倍受科學家關(guān)注,具體而言:一對量子如果曾經(jīng)發(fā)生過關(guān)系而后來又分開了,那么它們之間不論相隔多遠都能瞬間感應到彼此,一個量子發(fā)生改變的瞬間另一個也會發(fā)生改變,縱然把它們分開千萬光年,正在鬼魅般的超距作用也依然存在。
不過對于量子糾纏的具體成因,科學界目前還談不上很清楚,只是把它當做量子力學的基本屬性之一來對待的,至于它為什么能超光速糾纏,則是因為量子糾纏本身不能傳遞信息,不違反因果律,所以也不違反相對論。
第三種超光速現(xiàn)象是蟲洞
這是一種目前還存在于相對論預言中的宇宙結(jié)構(gòu),天文學界甚至不知道在今天的宇宙中是否依然有天然蟲洞存在。
蟲洞不同于黑洞,它實際上是由兩個位于宇宙不同區(qū)域的時空點連接而成的“橋梁”,也叫“愛因斯坦-羅森橋”,它能存在是因為宇宙時空是可以被質(zhì)量彎曲甚至是折疊的,而折疊后的時空可以將兩個相隔數(shù)千萬光年甚至數(shù)億光年的兩個位置拉近,從而實現(xiàn)穿越蟲洞就穿越若干光年的效果。
遺憾的是,雖然蟲洞屬于相對論預言的產(chǎn)物,但宇宙學家認為它只在宇宙大爆炸之初的高溫高壓狀態(tài)下短暫存在過,在138.2億年后宇宙溫度接近絕對零度的今天,天然蟲洞已經(jīng)失去了存在的土壤,而人造蟲洞目前也還沒有相應的理論支撐。
所以蟲洞極其相關(guān)的研究往往常見于科幻作品中,現(xiàn)實中的物理學距離蟲洞還比較遙遠,距離相對論和量子力學的極限也很遙遠。
總體而言
作為目前科學界公認的三種超光速現(xiàn)象,宇宙膨脹和量子糾纏以及蟲洞,在未來一定會被研究得更加細致,科學界目前篤定的關(guān)于它們的一系列事實,也許在不久的將來就會被修正,就像當年的牛頓引力論被愛因斯坦的廣義相對論修正一樣。
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