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为什么光速被视为宇宙速度上限?

相对论的一个基本原理是:存在一个恒定的速度,即在任何参照系下都不变的速度。事实证明,像光子这样的静止质量为0的粒子在真空中就是以这种恒定速度移动的。其实,这也曾是麦克斯韦电磁学理论背后的动因。这一理论是在十九世纪六十年代建立起来的,它预测了电磁辐射的恒定速度,然而却与前相对论时期的设想存在冲突。这一设想的内容是:一束光的速度或许会根据运动方向的不同(与光束传播方向一致或相反)显得更快或者更慢。

       

     

请注意,我们这里用的是“恒定速度”而不是“最大速度”,这就是该理论所阐述的内容,但是这一说法也会带来一定的结果。

第一个结果是:没有能够以这一恒定速度移动的观测者参照系。观测者对于自身来说始终是静止状态,但是假如观测者要以这一恒定速度在某些参照系下移动,那么他在所有的参照系中的移动速度都会与之相同,包括在以他自身为参照系的情况。这显然是互相矛盾的。因此,“存在能以该恒定速度移动的观测者”这一假设必须推翻。

       

     

第二个结果是:不存在一种可以将“低于该恒定速度的参照系”转换为“高于该恒定速度的参照系”的持续速度变换(洛伦兹变换)。也就是说,我们无法达到比真空中的光速更快的速度,任何一个以那样的速度移动的观测者也不可能有相对静止的参照系框架(即这样的观测者不存在)。

       

     

即便如此,相对论也没有先验地将存在移动速度高于光速的基本例子的可能性排除在外,甚至还为这种设想中的粒子取了专门的名称:超光子。我们至今没有观测到超光子,这或许是件好事儿,因为超光子的存在会引发两个后果:第一,违反因果律(巧妙地利用超光速粒子发射器会使我们得以向过去发送信号;第二,会导致整个宇宙陷入不稳定状态。事实上,这其实就是我们所相信的极早期宇宙中发生的事:当时,声名狼藉的希格斯场作为一种超光子场存在着,其特性导致整个宇宙衰变出一个新的状态(电弱对称性破缺),在这种新状态下,超光子不再存在,取而代之的是我们熟知的物理定律,从此便有了原子、分子、化学现象、生命,以至于我们人类。

       

     

宇宙速度上限

你觉得你能随心所欲地以任意速度移动吗?醒醒吧。

几百年来,物理学家们以为物体的运动速度没有极限,但是爱因斯坦向世人展示了宇宙中确实存在速度上限,这个极限就是光在真空中的速度(也就是太空)。没有任何东西的移动速度可以超过300,000km/s(也就是每秒18.6万英里的速度)。并且,只有光波能够以这个速度移动,我们也不可能将任何实物加速到与光速相等,原因在于:要使物体速度达到光速,要消耗数不尽的能量。所以,爱因斯坦永远也追不上那道在青少年时代曾经吸引他注意力的光线。

       

     

月球竞赛

到达月球需要多久?光可以在1.3秒内走完地月之间38万公里的距离,如果让一个人日夜兼程步行完成这段距离,将要花费超过9年的时间。

       

     

下面是不同的粒子或物体移动38万公里(地月距离)所花费的时间:

光:1.3秒

电子:2.9分钟

太空飞机(轨道速度):14小时

声波(70华氏度):13天

客机:18天

纽约地铁(最大速度):220天

人类(步行):9年

       

     

那么为什么你无法比光速更快呢?

一个物体移动得越快,它的质量就越大,当一个物体正处于加速状态,它会获得质量从而变得更重,因此也会需要越来越多的能量来提高速度。因此,要使一个物体的移速达到光速,将需要无限的能量。

作者: quora

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