有什么东西比光移动快吗?
光线具有粒子和波浪一样的特性,可在真空中以每秒约300,000公里的速度移动。
1676年,丹麦天文学家奥莱·罗默(Ole Romer)计算出光以有限的速度传递。两年后,根据罗默收集的数据,荷兰科学家克里斯蒂安·惠根斯成为第一个试图确定光的真实速度的人,根据纽约市美国自然历史博物馆。
惠根斯给出了每秒211,000公里的数字。这个数字不符合今天的标准,当时科学家测量的真空光速约为每秒299,792公里。然而,他的计算也显示了光线以惊人的速度传递。
根据阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论,光的传递速度非常快,在真空中,宇宙中没有任何东西能更快地移动。阿拉巴马大学推进研究中心航空航天工程副教授杰森·卡西布里(Jason Cassibry)表示:我们不能在太空中移动得比光快。
那么,当光线不在真空中时,这是真的吗?
伦敦皇家大学理论物理学家克劳迪娅·德·勒姆(Claudia de Rham)表示,从技术上讲,"没有什么比光速移动得更快"的说法并不完全正确,至少在非真空环境中。
光表示粒子和波的相似性,因此可以视为粒子(光子)和波。这被称为波-粒二象性。
根据De Rham的说法,如果将光视为波浪,那么有些波在某种环境中的移动速度会比白光(或无色)更快的原因有很多。原因之一是,当光线通过环境(例如玻璃或水滴)传递时,不同的光频率或颜色会以不同的速度传递。
最明显的视觉例子发生在彩虹。根据威斯康星大学麦迪逊分校,彩虹通常顶部有红波长(长和更快),底部有紫色波长(短和慢)。
然而,当光线通过真空时,这不再准确。"每一个光都是一种电磁波,它们在真空中的速度相同。这意味着无线电波和伽马射线的速度都相同,"路易斯安那州东南大学物理学教授瑞特·阿兰(Rhett Allain)解释道。
因此,根据德勒姆的说法,唯一能比光移动更快的是光,但只有当没有在宇宙真空中时。请注意,无论在何种环境中,光线都永远不会超过每秒 299,792 公里的最高速度。
然而,根据卡西布里的说法,在谈论比光速更快的运动时,需要考虑一些要点。"有些宇宙正在以比光速更快的速度膨胀,因为时间正在膨胀,"他说。
例如,哈勃太空望远镜最近探测到了来自遥远的伊伦德尔星的129亿年历史的光。然而,由于宇宙在每一个点都膨胀,伊伦德尔也正在远离地球。它自形成以来一直如此移动,现在距离地球有280亿光年。
在这种情况下,没有时间正在膨胀,但物质在零 - 时间仍然在光速的范围内移动。
伊伦德尔在哈勃玻璃拍摄的照片中的位置。照片:美国宇航局
"我们可以想象通过太阳系外系统以光速传输信息。但是,以光速运输人类是不可能的,因为我们不能加速自己到如此水平,"德勒姆说。
"即使在理想条件下,我们有能力以不变的速度不断加速自己——忽视了如何拥有帮助人类不断加速的技术——我们从未真正达到光速。我们可以靠近,但永远不会达到这个门槛,"她补充道。
卡西布里也同意这一观点。"跳过相对论,如果加速在1G(地球重力)水平,你将需要一年的时间才能达到光速。然而,你永远不会真正达到这个速度,因为当你开始接近光速时,你的质量能量增加,接近无限,"他说。
"为数不多的欺诈方法之一是扩展和缩小零时间,从而拉近目标离您更近。似乎没有对零膨胀或收缩速度的基本限制 -时间,这意味着我们可以在某一天接近这个速度限制,"卡西布里补充道。
Allain还认为,比光移动快是遥不可及的,但请注意,如果人类想要探索遥远的行星,可能真的不需要达到这样的速度。
他认为,如果人类想要快速移动,虫洞可能是一个解决方案。"这种方式并没有真正让我们走得比光快,而是为我们提供了通往宇宙中某些位置的捷径,"他说。
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