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爱因斯坦是否说过光速是不可超越的?宇宙是否在超光速膨胀?

时间:2018-12-20 10:10:41 浏览量:
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光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

它与观测者相对于光源的运动速度无关,即相对于光源静止和运动的惯性系中测到的光速是相同的。

为什么说光速不可超越

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这就涉及到爱因斯坦的相对论和质能方程式E = mc^2,这个方程表明质量(m)和能量(E)是等价的。这意味着物质的质量越大,则其蕴含的能量就越大。

至关重要的是,这也意味着物质所含能量越大,那它也越重。运动是一种能量(动能),所以物质在运动时的质量要略大于相对静止时的质量。物体的运动速度越快,它就会变得越重;而物体变得越重,要想加速也就越难,所以如果一个有质量的物体的运动速度要超过光速的话,则需要无限大的能量作用在它身上。而无限大的能量是不可能的。

记住这里的,一个物体的运动速度不可以超过光速,前提是这是一个有质量的物体。光子是一种非常特殊的粒子。不仅因为它们没有质量,让它们在宇宙这样的真空中可以无拘无束地自由穿梭,还因为它们根本不需要加速。光的能量借助波的形式传播,这意味着从光子诞生的那一刻起,它就已经达到了最高速度。

为什么宇宙能以超光速膨胀

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我们熟知的具有静质量的物体不能达到光速是狭义相对论提到的,在广义相对论中爱因斯坦加了一条,观测者只能测量其邻域中的物理量。

宇宙在大尺度上并不是一个闵氏时空(虽然局部上来看,空间像是静态平直的)。当前,暗能量接过了宇宙膨胀的交接棒,空间来不断地受到整体拉伸。简单来说,你不能说一个“超光速远离”你的星系相对于你在超光速运动,因为它不在你的邻域,不属于同一个参考系内。

同时,对于观测者而言,在局部的惯性系中,经过其领域的有质量粒子无法达到光速。但是,空间本身的膨胀不受此限制,不以光速为上限。

简单来说,因为膨胀的宇宙本身属于不携带信息与质量的空间,空间的状态变化是可以达到超光速的,并不违反相对论。

我们如何达到超光速运动

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综上所述,具有静态质量的物体本身无法达到光速,但是空间的状态改变是可以超过光速的。如果我们将来发明了星际航行飞船,要想超光速运行,首先就必须抛弃我们现有的驱动模型。不再使用动力推动飞船做加速运动,而通过曲率引擎驱动,以改变飞船所在空间曲率来驱动飞船进行空间转移,利用物理学定律中的漏洞来打破光速不可超越的限制。

举个例子,一个划行的小船,在一条平坦的河流上。因为河流是平坦的(相当于曲率为零),所以小船并不会加速航行。但如果前方突然遇到一个向下的瀑布(瀑布的曲率认为是无穷大),则小船会很快达到一个非常快的速度。结合这样的比喻便可以理解了。

编辑:时雨
关键词: 宇宙膨胀光速
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