到底有沒有超光速,現在終於揭密了

今天我們來說說超勁爆、超現實、惹得無數人為之著迷的“超光速”。既然要說“超光速”,就得先說明白“光速”是什麼。

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光速的定義

光速是指所有無質量粒子以及所對應的場波動,在真空中的執行速度。什麼意思?說得直白點,就是光在真空中的速度。作為物理常數,一般標記為c,眾所周知光速是每秒30萬公里,精確值是每秒299,792,458 米。

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用這個速度可以衍生出一些光行距離,方便使用:光秒、光分、光時、光年。比如說,地球到月球距離是1。3光秒,地球到太陽距離是8。3光分,地球到土星1。18光時,地球到比鄰星是4。3光年,到仙女座星系是250萬光年,到可觀測宇宙邊緣是465億光年。

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為啥說物體運動的速度上限就是光速?

為啥愛因斯坦說光速不能被超過就不能超過?他的話為啥成了金科玉律?請記住,光速作為物理常數,也是逐漸被認識的,並不是人為規定的極限。早在亞里斯多德時代或者牛頓時代,光一直都被認為是瞬間就能達到,光速無限大。

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直到1676年,丹麥天文學家奧勒·羅默測定光速是每秒22萬公里,儘管比實際數值低了26%,但無疑具有重要的開創意義。直到將近兩百年後,英國物理學家麥克斯韋建立電磁理論,才有了光傳播的正確理論。可以說測定光速,為20世紀誕生的相對論——終結絕對時空觀,開了第一槍。

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光速不變和光速不能被超過

正是因為愛因斯坦拿著這個“光速不變和光速不能被超過”這杆槍,才開始革掉牛頓絕對宇宙觀的命。此話怎講?牛頓的經典理論都是建立在絕對時空基礎上的。經典力學中的所謂空間,就像是一個無限延展的、具有固定座標的大框架。

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所謂時間,就是擺放在宇宙中央、永遠均勻擺動的一個大笨鐘。宇宙所有的人事物都放在這個絕對的大框架中,相互作用和運動。同一個宇宙,擁有同一個空間座標,同一個時間座鐘。在這種絕對時空裡,牛頓雖然也研究光、引力,但他認為這些作用的傳播不需要時間,也就是光速無限大,是超距的、瞬時的。

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但愛因斯坦否定了這種超距、瞬時的觀點,光速也是一個有限數值,而且是宇宙中資訊和能量傳播速度的最高上限。由此可以推匯出:每個觀察者都一定有自己的時間測度,都是以自帶的鐘表為準。不同觀察者攜帶同樣精準的鐘表,但讀數沒必要、也不可能完全一樣。

看到這兒,你可能不太理解,感覺有些反直覺。這是因為我們沒有這麼高精尖的鐘表,也沒有工夫去嚴謹觀測。不過,科學家早就替我們驗證過了。

實際應用實驗

我們經常使用手機導航吧,天上的那32顆GPS衛星,就跟地面上的我們不是一個時間,兩個相對論效應相減後,得出每天比地球表面快38微秒。這是啥概念?有多大差別?如果不把這細小的時差校正的話,每天可能會引起我們高達100多米的導航位置偏差。

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再來把思想實驗:如果你以10%光速,也就是每秒3萬公里往返一趟海王星,只需不到4天的時間,當返回地球時,你已經比自己的女票/男票年輕了25分鐘。

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這就是速度、引力決定下的相對論效應——每個人、每個物體都有自己的時間,所經歷的時間各不相同。時間與長度取決於觀察者。簡單來說,狹義相對論揭示了速度對時鐘的影響:

速度越快,時間越慢

廣義相對論揭示了引力對時鐘的影響:

引力越大,時間越慢。

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說到這兒,我們就可以理直氣壯地得出結論:如果沒有

“光速不變和光速不能被超過”

作為前提,就沒有現代物理學和宇宙學所構建的這個世界。反過來,如果存在超光速的物體運動,那麼這個世界就是錯的。

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現在已知的所謂“超光速”,都沒有傳遞資訊和能量!

但凡傳遞資訊和能量的最高上限,就是光速!