有什么东西能以超过光速的速度传播吗?
如果它在真空中,这有关系吗?
艺术家对光束的印象。爱因斯坦狭义相对论指出,光在真空中传播如此快,宇宙中没有任何东西能够更快地移动。
1676 年,丹麦天文学家 Ole Rømer 通过研究木星卫星 Io 的运动,计算出光以有限的速度传播。根据纽约市 美国自然历史博物馆的说法,两年后,根据罗默收集的数据,荷兰数学家和科学家克里斯蒂安·惠更斯成为第一个尝试确定实际光速的人。
惠更斯提出了每秒 131,000 英里(每秒 211,000 公里)的数字,按照今天的标准,这个数字并不准确——我们现在知道,空旷空间"真空"中的光速约为 186,282 英里/秒秒(每秒 299,792 公里)——但他的评估表明光以令人难以置信的速度传播。
根据 阿尔伯特爱因斯坦的狭义相对论,光的传播速度如此之快,以至于在真空中,宇宙中没有任何东西能够更快地移动。
"我们无法以超过光速的速度穿越太空真空,"位于亨茨维尔的阿拉巴马大学推进研究中心的航空工程副教授杰森·卡西布里证实。
问题回答了,对吧?也许不吧。当光 不在 真空中时,这条规则是否仍然适用?
光同时表现出类粒子和类波的特性,因此既可以看作是粒子( 光子 ),也可以看作是波。这被称为波粒二象性。
de Rham 说,如果我们将光视为一种波,那么某些波在介质中的传播速度比白色(或无色)光快有"多种原因"。其中一个原因是"当光通过介质——例如玻璃或水滴——时,不同频率或颜色的光以不同的速度传播。"
最明显的视觉例子发生在彩虹中,彩虹通常在顶部具有较长、较快的红色波长,在底部具有较短、较慢的紫色波长。
然而,当光穿过真空时,情况并非如此。
"所有的光都是一种电磁波,它们在真空中都具有相同的速度(每秒 3 x 10^8 米)。这意味着 无线电波 和 伽马射线 具有相同的速度。
因此,唯一能够以比光速更快的速度行进的东西,有点自相矛盾的是,光本身,尽管只是在不在太空真空中的情况下。值得注意的是,无论介质如何,光都不会超过其最高速度 186,282 英里每秒。 通用外观
然而,在讨论运动速度超过光速的物体时,还需要考虑其他因素。
"宇宙的某些部分正在以超过光速的速度远离我们,因为 时空 正在膨胀,"。例如, 哈勃太空望远镜最近 从一颗被称为厄伦德尔的遥远恒星中发现了 129 亿年前的光。但是,因为宇宙在每一个点都在膨胀,埃伦德尔正在远离地球,而且自它形成以来就一直在远离地球,所以银河系现在距离地球 280 亿光年。
在这种情况下,时空在膨胀,但时空中的物质仍然在光速范围内传播。
可见色谱图
所以,很明显,没有什么比我们所知道的光速更快,但是有没有可能的情况呢?爱因斯坦的狭义相对论以及他随后的广义相对论是"建立在空间和时间概念是相对的原则下的,"。但是,这是什么意思?"如果有人能够以超光速旅行并随身携带信息,那么与我们相比,他们的时间观念就会被扭曲,"。"在某些情况下,未来可能会影响我们的过去,然后现实的整个结构就会失去意义。"
这表明,让人类的旅行速度超过光速可能是不可取的。但这有可能吗?我们是否有能力创造出能够以超过光速的速度推动材料——最终是人类——穿越太空的工艺?"理论家提出了各种类型的经线气泡,可以实现超光速旅行,"。
但相信了吗?
"我们可以想象能够以光速与太阳系外的系统进行通信,"。"但是以光速发送真正的物理人类根本是不可能的,因为我们无法将自己加速到这样的速度。
"即使在一个非常理想化的情况下,我们认为我们可以以恒定的速度不断加速自己 - 忽略我们甚至可以达到可以不断加速我们的技术 - 我们永远不会真正达到光速,"。"我们可以接近,但永远无法达到它。"
"忽略相对论,如果你以 1G [地球引力] 的速度加速,你需要一年的时间才能达到光速。然而,你永远不会真正达到那个速度,因为当你开始接近光速时,你的质量能量增加,接近无限。
"这个限制的少数已知可能的‘作弊代码’之一是扩展和收缩时空,从而将你的目的地拉近你。时空膨胀或收缩的速度似乎没有基本限制,这意味着我们有朝一日可以绕过这个速度限制。"
艾伦同样相信,超光速是不可能的,但像卡西布里一样,他指出,如果人类想要探索遥远的行星,实际上可能没有必要达到这样的速度。
"我们能够理解比光速更快的唯一方法是在太空中使用某种类型的 虫洞,"。 "这实际上不会让我们比光速更快,而是给我们一条通往太空其他位置的捷径。"
然而,我们不确定虫洞是否会成为现实的选择。
"基于爱因斯坦场方程的特殊解,理论上虫洞是可能的,"。"基本上,如果可能的话,虫洞会给你一条从一个目的地到另一个目的地的捷径。我不知道是否有可能建造一个,或者我们将如何去做。"
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