為何宇宙的速度被限制在299792458米秒?一種神秘的物質在阻攔

自從愛因斯坦提出了相對論之後,我們就知道了宇宙中所有有靜止質量的物質都不可能達到和超過光在真空中傳播的速度——299792458米/秒。只有那些沒有質量的例子才能夠達到光速,比如說光子,還有引力的傳播速度。

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為什麼任何有靜止質量的物質都無法達到光速呢?

從愛因斯坦的相對論中,我們知道了物質和能量的關係,那就是著名的愛因斯坦質能方程E=MC^2。從這個式子中我們知道,因為光速不變,一個物質的能量和它的質量成正比。而且速度越快,物質的質量也就越大。

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一旦一個物質的速度達到光速,那麼它的質量就會變得無窮大,它的能量也就變得無窮大。換一句話來說,要想讓一個有質量的物質達到光速,那麼必須提供無限的能量。目前,我們根本無法做到這點,因此,愛因斯坦才會說任何有靜止質量的物質都不能夠達到光速。

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目前,人類能夠達到的最快的速度是299792457。9964米/秒,達到了99。99999988%的光速,而這個速度,只不過是將一個質量幾乎可以忽略的電子加速到極為接近光速的地步,這還利用了歐洲大型的粒子對撞機,耗費了無數的能量。

肯定很多人有疑問,為什麼沒有質量的光子的速度會被限制在299792458這樣一個數字呢?

這和宇宙中一種神秘的物質——高能粒子有關。

在宇宙中,存在著無數因為超新星爆炸、黑洞輻射等原因,形成的高能粒子。超新星爆炸等原因,會將這些高能粒子擁有一個非常快的速度,並且攜帶了高達10^19ev的能量。

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雖然這些能量很大,能夠將粒子加速到非常快的速度,但是並不能超過光速。因為這些粒子在傳播的過程中,會和宇宙中由於大爆炸產生的宇宙微波背景輻射相撞。在粒子穿過宇宙微波背景輻射時,會讓光子和高能粒子相撞,從而產生新的粒子——正負電子對或者是中性π介子。

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當高能粒子攜帶的能量達到10^17ev時,會產生正負電子對,當能量高於5*10^19ev時們就會產生中性π介子,這些新產生的粒子會帶走一部分能量。因此,所有粒子說攜帶的能量都不可能超過5*10^19ev,這個數值被稱為GZK閾值。

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所以,這既是為什麼宇宙中的所有物質,包括光子、帶電粒子、宇宙射線等速度,都會被限制在光速299792458米/秒極其以下的原因。