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光速到底有多快呢?宇宙中有没有可以超越光速的存在?

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论,轰动了整个世界。

通过狭义相对论,爱因斯坦带领人类认识了另一个物理世界。他指出:时间和空间都是相对的,只有一种现象是恒定的,可以将时间和空间联系到一起,那就是光速。

同时,爱因斯坦也告诉我们:光速是宇宙中最快的速度,没有什么可以超过光速。

目前我们知道,光速是差不多每秒30万公里。

这是个什么概念呢?

要知道,地球的直径是12756公里,周长就是差不多40000公里。我们坐飞机出国动辄几个小时甚至十几个小时,而光速围绕整个地球转一圈,仅仅需要1/7秒。

地球到月球的距离,平均是38.4万公里。对于光来说,不过是1.225秒的事儿。

地球到太阳的距离,大约是1.5亿公里。按照光的速度,也仅仅需要8分20秒。

然而放眼到宇宙,光速似乎又有点不起眼。想要飞到距离太阳最近的恒星——比邻星,大约需要4.24年。

如果光想要跨越银河系的两端,至少需要100000年。

想要抵达仙女座大星系,光也要用掉250万年的时间才可以。

至于穿越整个宇宙,就更不要想了。

似乎光速也不足以统治整个宇宙,然而爱因斯坦的结论让我们更加绝望:宇宙中没有可以超过光速的物质。

那么,为何光速不可以被超越呢?

根据相对论的描述,一个移动的物体速度越大,质量也会越高。这个现象平时我们感受不到,因为速度实在太低。不过,当这个速度接近光速的时候,就变得非常明显了。

当一个物体开始加速的时候,它移动越来越快,质量越来越大。

根据牛顿的经典力学,质量越大,想要给它加速就要提供更大的力才可以。

因此,随着一个物体的加速,推动它的力就要越来越大,才能保证它的加速。

然而问题在于,这并不是单纯地堆积能量和力就可以的,因为在接近光速的时候,物体加速所需的力将呈几何级别剧增。

当这个物体无限接近光速的时候,它的质量也会变得无限大,也需要无限的能量才能够继续加速,这显然是不可能的。

而对于光来说,就不一样了。

光的本质,其实是光子。

光子是宇宙中非常特别的一种粒子,它具有波粒二象性,也就是说,它既有波的特点,也有粒子的特点。

另外,光子还有一个特性——它没有质量。

因此,即使光子无限接近光速,但无限大乘以0还是0,所以光子并不像实际的物体一样需要无限的能量才能加速,它本身就可以达到光速(至于光子的质量为何是0,那就比较深了,还要把上帝粒子扯进来,这里不做解释)。

目前科学家已经测定,光速299792458米/秒。注意,这个数字不是一个近似值,它后面不需要跟任何小数点。因为,在1983年的时候,科学家定义:1米的长度就是光在真空中于1/299792458秒内行进的距离。

这里我们也注意到,光在真空中的移动速度,才是最快的。当光子处于别的环境下时,移动速度会变慢。比如在我们生活中,由于有空气的作用,光速会略微降低。而如果是在玻璃中传导,光速只有真空中的2/3。

光速对于我们这个宇宙来说,有着至关重要的作用,对于我们了解宇宙的本质也非常关键。因此,科学家们还将持续对光和光子做细致的研究。就像我们前几天分享的一篇文章,光甚至可以帮助我们的航天器不携带任何能源就在宇宙空间穿越。

在未来,光还会让我们的生活更加奇妙,你期待吗?

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