光速绝不是宇宙的速度极限!这里存在着一个误解!
学过物理学的同学们,心中都有一种默认的"真理":那就是宇宙的速度极限是光速,没有任何速度可以超光速!前有麦克斯韦的方程组暗示着光速不变,中间有迈克耳逊莫雷实验给予的实验支持,最后有爱因斯坦的狭义相对论提供的理论验证。可以说,在现代人的心中光速不变是亘古规律,光速极限也是永恒概念!
笔者做了这么多年科普,自然明白光速极限在读者心中难以撼动的地位。但我深知,读者对光速还有很多误解。光速不变必须要加一个限定词才能严格成立!
高速影像下的光速这就是:物质的运动速度极限是真空中的光速。(下文中的光速就代表着真空中的光速)
这就暗示:有静止质量的物体运动小于光速。能量和信息的传递不可突破光速。
这很好理解,相对论中的光速只是限定了客观物质现象的速度极限,不包括非物质自然现象的速度极限!
非物质的自然现象也有速度的概念。比如量子纠缠,其虽远超光速,但不可以传递信息和能量,固不违背相对论!
宇宙前期的加速膨胀是空间膨胀,不牵扯物质运动,显然这种超光速不违背相对论!
电磁波的相速度也是超光速现象。光速就相当于电钻头前进的速度,而相速度相对于电钻头旋转的速度。相速度超过光速只是一种非物质的速度现象,固然不可传递信息。所以也不违背相对论!
还有一种速度是这样的。如果我把一双手套随机放到两个相同的盒子里。不打开盒子,我是不知道左手套在其中哪一个盒子中。如果我把一个盒子放在地球上,另一个盒子带到火星。当我打开地球上的盒子,发现为右手套。那我同时就知道远在火星上的盒子为左手套。其实这也是一种速度概念,显然这个例子的中人对火星上盒子"内部信息"的解读速度是超光速的。但并不违背相对论。
我们知道,狭义相对论的时间膨胀,质速关系,和长度收缩公式是建立在洛伦兹变换的基础上的。
这三大公式分别度量了物质在不同惯性系之间的转换。分别度量了最基本的三个物理量:时间,空间和质量。为什么我一定要说信息和能量的传递不能超过光速?
首先你要仔细的想,什么是信息?什么是能量?
声波可载信息,光波(电磁波)亦可载信息!声波是物质震动的规律性传导,所以必须有物质充当其介质!光波之所以可以在真空中传递信息,是因为光波中就有光子这样的传播子。人类可以把信息刻录在光子的运动频率中。
而能量就是物质运动的一种转换而已。比如太阳每天射向地球无数个光子,这些光子和空气分子撞击,被吸收。导致空气分子运动剧烈程度提高,进而体现出温度升高,这就是能量的传递!我们很容易得出:所有的信息和能量传递必须有物质的参与!
而我们都知道,狭义相对论意味着:物质运动的越快,其质量越大,其维持加速运动的能量就得越大,有静止质量的物体即便用上全宇宙的能量都不可能加速到299792458... m/s。静止质量为0的光子只能以光速运动,这是自然事实,不要问为什么?大家这时候就要好好想一想,既然人家没有静止质量的光子顶多才能以299792458... m/s的速度前进。而有静止质量的其他物质,其越加速质量越大,达到光速前,肯定会大于光子的运动质量,那么你再怎么加速都不可以超过光速了!
因为光子就是物质,它的速度就是光速,而只有物质才可以传递信息和能量,所以信息和能量的传递不可以超过光速!
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