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新成果将挑战爱因斯坦?宇宙中的超光速现象,原来与物质有关

们都知道一个物理学概念是物质的运动速度不可能超过光速,于是我们在看到科幻电影里有超光速飞行的情节就会对此嗤之以鼻,但其实超光速现象在宇宙中比比皆是。我们所说的不可超光速指的是物质的速度极限,就连爱因斯坦的相对论也是以光速作为标准定义的。那如果某种速度现象并非物质运动呢?是不是这种现象就不用受到狭义相对论的束缚而可以超过光速呢?

宇宙膨胀速度

答案是肯定的,只要不是物质,就好似进入了狭义相对论“三不管”地带,这就可以解释我们为什么能够看到远在几十亿光年以外的星球。在宇宙大爆炸发生的瞬间,宇宙处于暴涨时期,这期间的宇宙膨胀速率以指数级增加,其速率远远超过了光速。宇宙膨胀是空间的膨胀,在暴涨时期两个粒子之间的距离会因为空间膨胀而被拉大,这种速率就远远超过光速,而其实两个粒子之间并没有加速到超光速,超过光速的仅仅是空间膨胀速率罢了。

我们可以这样认为:甲和乙站在同一条马路上,二人静止不动只相隔5米远,马路却在一瞬间延长了,二人变成了相隔10万千米远。我们不能把这种情况的甲和乙看作超光速了,因为甲和乙并没有感受到任何加速过程。因为人体属于物质,不可能被加速至超光速,但空间不属于物质范畴,这种超光速现象本身并不违背狭义相对论。

量子纠缠

还有一种超光速现象就是量子纠缠,量子纠缠无法用经典力学解释,是一种只发生于量子系统的现象。2017年,墨子号飞船实现了把一对互相纠缠的粒子分发到相距超过1200公里的距离后,仍然可以保持量子纠缠的状态,并且这种作用几乎没有间隔时间。科学家就做了一个大胆的猜想:以两颗速率相同的电子为例,一颗放置在太阳边,另一颗放置在冥王星,在如此遥远的距离下,它们仍保有关联性,仿佛两颗电子有着超光速的秘密信使一般。我们从这里也不难看出,这两颗电子也并没有被加速到超光速,这其中的量子纠缠也同样不涉及狭义相对论。

超光速粒子

2011年,欧洲核子研究中心发现被送往732公里之外实验室的中微子们比光速快了60纳秒到达,虽然这是很少的差别,但这一现象一旦经过证实将会给物理学界带来巨大的变化。但科学家们还是慎之又慎地反复测验,此后的三年科学家一共进行了一万五千次中微子发射,而每一次的结果都指向同一事实:这些中微子,就是要比光速快。

但科学界的另一些声音提出了质疑,他们认为宇宙中不可能存在粒子本身就可超越光速,一定是欧洲的设备年久失修导致的错误结果。最终这项新研究理论还是败给了爱因斯坦先生的定理,但坚持这项理论的科学家依旧解释:宇宙中一定有着超光速粒子的存在,只是我们还没发现罢了。

必须再次强调,宇宙中的超光速行为属于非物质运动的速度现象,而相对论限制的速度极限只是物质运动的速度现象。事实上信息和能量的传递必然需要物质的参与,这也意味着凡是存在超光速现象的介质一定是与物质有关。没有物质还能进行信息和能量的传递么?答案是否定的,但宇宙中是否只是存在这两种超光速现象我们不得而知,可能在不久的将来,科学家还有着更多的发现。

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