当阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)第一次预测到光在我们的宇宙中到处传播时,他实际上是在速度上限速:299792公里/秒——足够快,每秒钟绕地球八圈qiwen.tv。但这并不是故事的全部。事实上,这仅仅是个开始。
在爱因斯坦之前,构成你我的原子以及我们所看到的一切和能量被视为独立的实体。但是在1905年,爱因斯坦永远改变了物理学家看待宇宙的方式。爱因斯坦的狭义相对论把质量和能量永远地联系在一起,在简单的基本方程E = mc2中。
这个小方程式预测,任何物体都不能像光速一样快,或者更快。人类有史以来最接近光速的是强大的粒子加速器,比如大型强子对撞机和粒子加速器。
这些巨大的机器加速亚原子粒子的速度超过光速的99.99%,但是正如诺贝尔物理学奖获得者大卫·格罗斯解释的那样,这些粒子永远不会达到宇宙速度的极限。
这样做需要无限的能量,在这个过程中,物体的质量会变成无穷大,这是不可能的。(光的粒子,称为光子,以光速传播是因为它们没有质量。)
自爱因斯坦以来,物理学家们发现某些实体可以达到超光速(即“超光速”)的速度,并且仍然遵循狭义相对论所规定的宇宙规则。虽然这些并不能证明爱因斯坦的理论,但却让我们洞察到光和量子领域的奇特行为。
光爆---光传播中也存在类似于音爆的现象
当物体的传播速度超过声速时,它们就会产生音爆。所以,理论上说,如果物体的速度比光速快,它就会产生像“光速”这样的东西。
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事实上,这种光的每天都在世界各地的设施中发生——你可以亲眼看到。它被称为切伦科夫辐射,它在核反应堆内部显示为蓝色辉光。
切伦科夫辐射是以苏联科学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·切伦科夫的名字命名的,他于1934年首次测量,并于1958年因其发现获得诺贝尔物理学奖。
切伦科夫辐射发光,因为先进的测试反应堆的核心被淹没在水里以保持凉爽。在水里,光以75%的速度在外层空间的真空中传播,但是在核心内部的反应所产生的电子比光的速度快。
像这些电子在水或其他介质超过了光速,就会产生了一个类似于声波爆炸的冲击波。
例如,当一枚火箭在空中飞行时,它产生的压力波会以声音的速度从它的前方移动,而火箭越接近那个声音屏障,声波就越不需要离开物体。一旦它达到了声音的速度,波就会形成一个冲击波,形成一个响亮的音爆。
同样的,当电子在水中以高于光速的速度在水中传播时,它们会产生一波光波,有时会像蓝光一样发光,也能在紫外线中发光。
虽然这些粒子的速度比光在水中的速度要快,但它们实际上并没有打破每秒299792公里的宇宙速度限制。
存在的某些特殊情况
请记住,爱因斯坦的狭义相对论指出,任何物体都不能超过光速,而物理学家们也如是说,宇宙遵循这一规律。但是如果没有质量呢?
光子,由于它们的性质,不能超过光速,但是光的粒子并不是宇宙中唯一的无质量实体。空空间不包含物质实体,因此,根据定义,它没有质量。
“因为没有任何东西是真空的,所以它的膨胀速度比光速还要快,因为没有物质物体打破了光的阻隔,”理论天体物理学家加来道雄在《大思考》上说。
“因此,空的空间肯定比光膨胀得快。”这正是物理学家们所认为的在“大爆炸”时期发生的一件事。当时的“膨胀”是由物理学家艾伦·古斯和安德烈·林德在20世纪80年代首次提出的。
在一万亿分之一秒的时间里,宇宙扩大了一倍,结果,宇宙的外边缘膨胀得非常快,远远快于光速。
量子纠缠要快于光速
“如果我把两个电子紧紧地放在一起,根据量子理论,它们可以一致地振动,”加来道雄在《大思考》中解释道。
现在,把这两个电子分开,这样它们就会有几百甚至几千光年的距离,它们将保持这个即时通讯桥的开放。
“如果我晃动一个电子,另一个电子就会立刻感觉到这个振动,比光速还快。”“爱因斯坦认为这证明了量子理论,因为没有什么能比光的速度更快,”加来道雄写道。
事实上,在1935年,爱因斯坦、鲍里斯·波多斯基和内森·罗森试图用一个思想实验来推翻量子理论,爱因斯坦称之为“远距离的幽灵行动”。
讽刺的是,他们的论文奠定了今天被称为EPR (Einstein-Podolsky-Rosen)悖论的基础,这一悖论描述了量子纠缠的瞬时传播——这是世界上一些最尖端技术的组成部分,比如量子密码。
梦想中的虫洞
因为没有任何东西能比光速传播得更快,你可以和星际旅行吻别——至少,在古典意义上的火箭和飞行。
尽管爱因斯坦在他的狭义相对论的理论下,对我们的太空旅行的愿望进行了探索,但他在1915年提出了一个关于星际旅行的新希望。