科学分析:有什么事物能超越光速吗?

摘要:

据国外媒体报道,1676年,丹麦天文学家奥勒·罗默尔(Ole Roemer)通过研究木卫一运行状况,计算出光以限定速度传播。两年后,荷兰数学家、科学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)基于罗默尔收集的数据,成为试图测定实际光速的第一人。

英国伦敦帝国理工学院理论物理学家克劳迪娅??德??拉姆(Claudia de Rham)称,从技术上讲,“没有任何事物的速度能超越光速”的说法本身并不完全正确,至少在非真空环境中是这样的,但她强调有一些因素需要考虑在内。

当时惠更斯提出的光速值为211000公里/秒,该数值并未达到目前的精确标准,现在我们知道“真空”中光速达到299792公里/秒,但惠更斯曾评估称,光以不可思议的速度在太空中传播。

依据爱因斯坦的狭义相对论,光传播速度如此之快,以至于宇宙真空中没有任何物体能比光传播速度更快。美国阿拉巴州立大学推进研究中心航空航天工程副教授贾森·卡西布里(Jason Cassibry)证实称,我们在太空中穿行速度无法超越光速!

该结论是正确的吗?或许不对,当光不在真空中传播,是否仍遵循“光速无法被超越的定律”?

可见光谱图。英国理论物理学家克劳迪娅??德??拉姆说:“如果把光看作一种波,那么就有‘多种原因’解释为什么某些波在介质中比白光(或者无色光)传播得更快,其中一个原因是当光通过介质时,例如玻璃或者水滴,不同频率或者颜色的光以不同速度传播。

英国伦敦帝国理工学院理论物理学家克劳迪娅·德·拉姆(Claudia de Rham)称,从技术上讲,“没有任何事物的速度能超越光速”的说法本身并不完全正确,至少在非真空环境中是这样的,但她强调有一些因素需要考虑在内。

光既有粒子特性,也有波的特性,因此光可以看作既是粒子(光子)又是波,这就是波粒二象性。拉姆说:“如果把光看作一种波,那么就有‘多种原因’解释为什么某些波在介质中比白光(或者无色光)传播得更快,其中一个原因是当光通过介质时,例如玻璃或者水滴,不同频率或者颜色的光以不同速度传播。”

依据美国威斯康星大学麦迪逊分校的一篇文章,最明显的例子发生在彩虹中,较长、较快的红色波长位于彩虹顶部,而较短、较慢的紫色波长位于彩虹底部,然而当光在真空中传播,情况就不一样了。

美国东南路易斯安那大学物理学家瑞德·阿兰(Rhett Allain)教授称,所有光都是电磁波的一种形式,它们在真空中都有相同速度——3 ×10^8米/秒,这相当于无线电波和伽马射线的速度。

因此,依据拉姆的理论观点,唯一比光速更快的事物(有点自相矛盾)就是光自身,尽管仅发生在非真空环境中。但值得注意的是,不管是什么介质,光速永远不会超越299792公里/秒。

宇宙角度

依据卡西布里的观点,当讨论速度超过光速的物体时,还有一些其他因素需要考虑。他说:“宇宙某些部分正以超过光速的速度膨胀,且离地球远去,例如:哈勃太空望远镜近期观测到一颗被称为埃伦德尔(Earendel)的遥远恒星,它释放出129亿年前的光线,但是由于宇宙时刻都在膨胀,埃伦德尔恒星自形成以来一直在远离地球,所以它当前与地球的距离并非129亿光年,而是更加遥远。

在这种情况下,时空不断地膨胀,但时空中的物质仍然在光速范围内运动。所以很明显正如我们所知道的,没有什么物体的速度会超越光速,但是否存在可能超越光速的情况呢?

拉姆说称,爱因斯坦的狭义相对论以及广义相对论,是建立在“空间和时间概念相对的原则之下”,但这意味着什么呢?如果有人能以超越光速的速度并携带信息,那么他们的时间概念会比我们的时间概念更加扭曲,在某些情况下,未来可能影响我们的过去,整个现实架构就会失去意义。

这意味着人类时空旅行速度超越光速是不可能的,但是否会有一天,我们能研制新型技术和材料,驾驶超越光速速度的太空飞船往返时空?卡西布里说:“理论家们提出了各种类型的曲速气泡,能以超光速时空旅行。”

人体不可能实现光速旅行!

拉姆说:“我们可以想象能以光速实现太阳系外通讯,但将真人以光速发射是不可能的,因为我们无法实现光速状态下人体时空旅行。即使在一个非常理想的条件下,例如:人体以恒定速度不断加速,但事实上人类很难获得一种不断加速的太空旅行技术,我们永远不会达到光速时空旅行,或许我们会非常接近光速,但无法超越光速。”

卡西布里证实了这一点,他说:“在忽略相对论的前提下,如果你以地球重力1G的速度加速,持续一年时间才能达到光速,事实上人们永远无法达到这个速度,因为当人体接近光速时,人体质能将不断增加,接近无限值。”

同样,阿兰相信超越光速是不可能的,但正如卡西布里所认为的,如果人类要探索遥远的系外行星,实际上没有必要必须达到光速。他指出,我们能理解比光速更快的唯一方法是时空中使用某种类型虫洞,使用该策略可能不需要达到超越光速的时空旅行,而是提供一条通往太空其他区域的捷径。

然而,卡西布里不确定是否虫洞是最现实的超速太空旅行选择,他说:“依据爱因斯坦场方程的特殊解,虫洞理论是可能实现的,基本上,如果虫洞存在的话,会成为两个目的地之间的捷径,但我不知道是否能建造虫洞,或者如何建造虫洞。”(叶倾城)

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