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到底有没有超光速,现在终于揭密了

今天我们来说说超劲爆、超现实、惹得无数人为之着迷的“超光速”。既然要说“超光速”,就得先说明白“光速”是什么。

光速的定义

光速是指所有无质量粒子以及所对应的场波动,在真空中的运行速度。什么意思?说得直白点,就是光在真空中的速度。作为物理常数,一般标记为c,众所周知光速是每秒30万公里,精确值是每秒299,792,458 米。

用这个速度可以衍生出一些光行距离,方便使用:光秒、光分、光时、光年。比如说,地球到月球距离是1.3光秒,地球到太阳距离是8.3光分,地球到土星1.18光时,地球到比邻星是4.3光年,到仙女座星系是250万光年,到可观测宇宙边缘是465亿光年。

为啥说物体运动的速度上限就是光速?

为啥爱因斯坦说光速不能被超过就不能超过?他的话为啥成了金科玉律?请记住,光速作为物理常数,也是逐渐被认识的,并不是人为规定的极限。早在亚里斯多德时代或者牛顿时代,光一直都被认为是瞬间就能达到,光速无限大。

直到1676年,丹麦天文学家奥勒·罗默测定光速是每秒22万公里,尽管比实际数值低了26%,但无疑具有重要的开创意义。直到将近两百年后,英国物理学家麦克斯韦建立电磁理论,才有了光传播的正确理论。可以说测定光速,为20世纪诞生的相对论--终结绝对时空观,开了第一枪。

光速不变和光速不能被超过

正是因为爱因斯坦拿着这个“光速不变和光速不能被超过”这杆枪,才开始革掉牛顿绝对宇宙观的命。此话怎讲?牛顿的经典理论都是建立在绝对时空基础上的。经典力学中的所谓空间,就像是一个无限延展的、具有固定坐标的大框架。

所谓时间,就是摆放在宇宙中央、永远均匀摆动的一个大笨钟。宇宙所有的人事物都放在这个绝对的大框架中,相互作用和运动。同一个宇宙,拥有同一个空间坐标,同一个时间座钟。在这种绝对时空里,牛顿虽然也研究光、引力,但他认为这些作用的传播不需要时间,也就是光速无限大,是超距的、瞬时的。

但爱因斯坦否定了这种超距、瞬时的观点,光速也是一个有限数值,而且是宇宙中信息和能量传播速度的最高上限。由此可以推导出:每个观察者都一定有自己的时间测度,都是以自带的钟表为准。不同观察者携带同样精准的钟表,但读数没必要、也不可能完全一样。

看到这儿,你可能不太理解,感觉有些反直觉。这是因为我们没有这么高精尖的钟表,也没有工夫去严谨观测。不过,科学家早就替我们验证过了。实际应用实验

我们经常使用手机导航吧,天上的那32颗GPS卫星,就跟地面上的我们不是一个时间,两个相对论效应相减后,得出每天比地球表面快38微秒。这是啥概念?有多大差别?如果不把这细小的时差校正的话,每天可能会引起我们高达100多米的导航位置偏差。

再来把思想实验:如果你以10%光速,也就是每秒3万公里往返一趟海王星,只需不到4天的时间,当返回地球时,你已经比自己的女票/男票年轻了25分钟。

这就是速度、引力决定下的相对论效应--每个人、每个物体都有自己的时间,所经历的时间各不相同。时间与长度取决于观察者。简单来说,狭义相对论揭示了速度对时钟的影响:速度越快,时间越慢。广义相对论揭示了引力对时钟的影响:引力越大,时间越慢。

说到这儿,我们就可以理直气壮地得出结论:如果没有“光速不变和光速不能被超过”作为前提,就没有现代物理学和宇宙学所构建的这个世界。反过来,如果存在超光速的物体运动,那么这个世界就是错的。

现在已知的所谓“超光速”,都没有传递信息和能量!但凡传递信息和能量的最高上限,就是光速!

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