在我們看來,因果律是大自然一個固若金湯的基本法則,通俗來講就是原因必須發生在結果之前。
如果我們承認因果律(當然目前來看沒有不承認的理由),那麼我們就必須承認光速限制,宇宙中任何有質量的物體都無法達到光速,任何信息的傳遞速度都無法超過光速。
這也是為什麼我們常說宇宙的極限速度是光速,每秒大約30萬公里,我們生活中看到的任何有質量的物體,只能盡可能接近光速,不可能達到甚至超越光速。
而光速限制也是愛因斯坦相對論的一個核心思想,在質增方程中也表現得淋漓盡致。當物體的速度越來越接近光速,質量就會變得越來越大,最終達到無窮大,顯然這是大自然不允許的。
通過大型粒子對撞機的不斷加速,科學家們可以把質量非常小的微觀粒子不斷加速,但不管怎麼加速,都不可能達到光速。科學家們已經做到了讓粒子的速度無限接近光速,只比真空中的光速慢了0.000001%!
你可能會想,距離光速就差了那麼一丟丟,是不是努力程度不夠啊?稍微再加把勁是不是就能達到甚至超過光速了?
只能說,看起來如此微小的差距,實則是永遠無法逾越的鴻溝!
但是對那些沒有質量(靜質量)的物體來講,比如說光子,膠子還有引力子(目前還是假想概念),必須以光速飛行,不想光速飛行都不行,而且一出生就是光速,沒有任何加速過程。
那麼,為什麼大自然一定要阻止超光速粒子的出現呢?
其實原因剛開始就說了:因果律。如果粒子的速度超過光速了,宇宙就全亂套了,全部分崩離析。
很簡單的例子,比如說子彈的速度超光速了,意味著在我扣動扳機之前,就可以把你殺死。結果竟然發生在了原因之前,這不就全部亂套了嗎?
更通俗的例子是,你的臉先感覺到疼,然后我再打你一耳光!
自然界的萬事萬物,都是由靠四種基本作用力結合在一起的,分別是強力,弱力,電磁力和引力,而這四種作用力是靠四種基本粒子傳遞的,分別是膠子,玻色子,光子和引力子。
假設物體的速度超過了光速,意味著傳遞四種力的基本粒子很可能追不上物質,又怎麼可能將物質結合在一起呢?
這就是為什麼大自然會限制物體的速度超光速。但其實宇宙中又確實存在超光速的現象,關鍵是并不違背因果律,也是被大自然允許的,都有哪些現象呢?
第一,宇宙剛誕生時的暴漲速度。
宇宙大爆炸理論表明,138億年前體積無窮小的奇點突然膨脹,誕生了宇宙。
但是暴漲理論告訴我們,時間并不是從零開始的,而是從普朗克時間開始的,也就是大約10的負41次方秒開始,那時的宇宙已經存在了。當時的宇宙沒有任何粒子,只有純能量,這種能量導致宇宙以指數級膨脹,在大約10的負36次方秒,暴漲結束。
這個過程膨脹速度有多快呢?很難具體計算。但是就在宇宙誕生一秒過后,宇宙大小就有一光年了。大約一年之后就有銀河系那麼大了。看到了吧,這樣的速度是不是遠超光速。在宇宙暴漲速度面前,光速簡直慢如蝸牛。
第二,宇宙的膨脹速度。
宇宙誕生至今,就一直在膨脹,膨脹的速度約為20公里/秒/百萬光年,什麼意思呢?
就是說每增加一百萬光年的距離,空間膨脹速度就會增加20公里每秒。千萬不要以為每秒20公里這個速度很慢,何時才能超過光速啊?
不要忘了宇宙太大了,當空間距離足夠大時,很輕松就能超過光速,而且是遠超光速。其實宇宙膨脹的過程就像是吹氣球一樣,氣球上的點就是星系,隨著氣球不斷膨脹,氣球上的點遠離彼此的速度會越來越大。
也就是說,距離銀河系足夠遠的星系,其實都在以超光速的速度遠離我們。當然這并不違反愛因斯坦相對論的光速限制,因為星系的遠離速度看起來超光速了,但星系本身并沒有相對空間運動,只是星系之間的空間膨脹了而已。
第三,量子糾纏的速度。
關于這一點,其實之前的科普中我說了很多。量子糾纏,是量子世界里面的詭異現象之一,至今都無法解釋量子糾纏的本質,但我們知道量子糾纏現象的確存在,只是我們不能用巨觀世界的物理法則衡量量子糾纏。
科學家們早就發現,量子糾纏的速度遠超光速,甚至可以超過光速一萬倍,但這也不違反愛因斯坦的相對論,因為量子糾纏過程,并不會傳遞任何信息。當我們試圖測量粒子想獲取任何信息的時候,粒子就會發生波函數坍縮,成為確定的狀態,而這個過程是隨機發生的。
第四,介質中物質的速度可以超光速。
實際上這就是著名的切倫科夫輻射,具體來講就是,由于光在介質里的速度會小于在真空中的速度,因此介質中物體的速度就可能會超過介質中光的速度。
比如說,光在水中的速度大約只有真空中速度的四分之三,也就是大約每秒22.5萬公里,理論上我們可以讓水分子的速度達到每秒25萬公里,這不就是超光速了嗎?
比水中光子的速度跑得還要快,而當這種情況發生時,相當于水分子突破了光障,就會產生切倫科夫輻射,是一種光學「沖擊波」!
總結
大自然所謂的「光速限制」并不是絕對的,是有前提的,這個前提就是:任何傳遞信息的速度都不能超過真空中的光速,并不代表光速絕對不能超越。
也就是說,只要任何速度不涉及信息的傳遞,當然可以隨意超越光速,不是說時空的移動速度和時空的可折疊性,就可以讓我們實現間接「超光速」,而這就是人類夢寐以求的科技,時空折疊,具體來講就是曲速引擎或者蟲洞科技。
完。
版權所有,禁止轉載。 違者必究法律責任。