超光速可能达到吗?

祥纯1


在无引力场的平直空间中,光线以光速直线传播,但严格的说这种情况在宇宙中是不存在的,因为我们的宇宙有质量,引力无处不在,不说天体的局部引力,可视宇宙的集合引力使我们的宇宙空间弯曲,特别是在大尺度的空间范围,这种弯曲更加明显,由于空间引力使空间的弯曲(亦或压缩)作用使光速成为速度的极限,从爱因斯坦的狭义相对论到广义相对论其实说的是一件事情,就是我们的宇宙空间弯曲(压缩)和时间的缩短都是在引力的作用下的表现,而这种弯曲的最大限度就是圆弧,而在这圆弧上,时间和空间距离为零,速度无意义,而在这之前的极限速度是光速,所以万物的速度极限是光速。有关进一步的论证请看下文。



上善若水吴大河


你向着光照相反的方向一跑,对你来说,这束光已超光速!

两个悖论!

狭相一一车轮悖论! 比如说,大地上跑着一列火车。火车(设为A惯性系)、大地(设为B惯性系)。再假设火车速度为0.5C(C为光速,C=300000000m/s)。火车每个车轮周长为1.5m。火车上有一个10ns(纳秒)钟,每10ns,该钟指针转一圈。 如按牛顿力学:无论对于A系(火车)或B系(大地):每过10ns,钟(指针)与车轮都同转一圈,按车轮周长算:火车向前行走1.5m。也就是火车速度都是0.5C,无问题。 可是,假如按照狭义相对论,对A系观察者速度无问题(V=0.5C),而对B系观察者:按照相对时间公式计算,对于B系(大地)观察者:自己时间每过11.547ns,火车上的钟(指针)与车轮才能转一圈(对B系观察者:A系时间慢,A系钟只能走10ns),由于实际车轮1.5m的周长限制,火车在11.547ns(B系时间)时间内,最多走1.5m。而1.5m除以11.547ns,这速度不等于而是小于0.5C(1.5m/10ns=0.5C)了,速度对不上帐了!这就等于对狭相公式构成悖论!

总结:狭义相对论说,对于B系(大地)观察者来说,对方(A系)的时间慢了,既A系上的10纳秒钟(指针)与车轮都转的慢了,导致对于B系观察者,火车速度与原假设的0.5C速度对不上账了。可由此判定:狭义相对论错误!

注:

1、按狭相,对于观察者来讲算速度,要用各自的静长度和本征时!如对大地上的观察者,光在大地上每秒走30万公里;而对火车上的观察者,光在火车上每秒走30万公里!各自用静长度和本征时,算速度!这里的静长,指观察者其自己所在惯性系的空间长度!

2、如果换低速问题一样存在,只是速度差的小而已!

广相一一高山悖论!

设:在净高为3000米的高山上,修一个恒温恒压室,一个风扇在该室内。在山脚下修一个大型恒温恒压车间,发电机在该车间里发电。可用超导电缆(现在已有生产的了)连接发电机与风扇。恒温恒压室、恒温恒压车间、超导电缆所用电能由其他电源提供!该发电机发出的电能,带动风扇不停的转动。为了简化分析,假设电路工作在串联谐振条件下。

根据电工学:

Pt(风扇消耗)+Pt(线路损耗)=Pt(发电机发出),t(时间)必须相等,否则公式不成立!

可以把线损电阻看成负载的一部分:

T(P1+P2)=TP3

说明,P1为风扇功率,P2为线损功率,P3为发电机输出功率!串联回路,电流相同,输出电压=含线路电阻的负载电压,等号两边功率必然相等(P=UI)!这样时间也必须相等,否则公式不成立!

T(P1+P2)=TP3,公式可以分开写:TP1+TP2=TP3,各时间差也必须相等!

按照广相,发电机(低海拔)时间慢,电风扇(高海拨)时间快,那么上述公式就不成立了!所以说广相违背了电能公式!电能公式是应用公式,这样错的只能是广相!

注:

1、电流:是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。如果高、低处时间不等,岂不违反串联电路,电流相同的原则。

2、基尔霍夫第一定律,流入某一网络(或节点)的电流和,等于流出该网络(或节点)的电流和!

3、电风扇也可换为发热纯电阻或电灯。

4、发电机、风扇的位置也可以互换分析!


香烟飘渺35


光速不变原理的提出

爱因斯坦在1905年发表了狭义相对论,而狭义相对论的是依据两条假设而推导而来:

1.相对性原理

2.光速不变原理

狭义相对论自发表之后,经受住了多次考验,可以说狭义相对论是一个正确的理论。而作为其假设条件之一的光速不变原理自然被认为是正确的。

光速不变是狭义相对论基础

但是爱因斯坦并不是凭空想象出来光速不变原理的,而是在站在巨人的肩膀上。

在牛顿的经典力学中,物质的远动速度都服从伽利略变换。伽利略变换其实就是物质的运动都是相对的,运动速度因其选择参考系的不同而不同,简单地说就是速度叠加。

例如,一辆飞驰的高铁,坐在高铁作为上喝着茶,追着剧的乘客相对于车厢的速度为0,而相对于地面的速度为车速,可能为300km/h,如果乘客因为尿急而准备向车辆行驶的方向去上厕所,那此时的速度就是人行走的速度加上高铁的速度。

高铁是人类交通工具的代表

在牛顿看来,光速虽然很快,但是同样遵循这样的原理,在高铁车上开一个手电筒,那么此时相对于地面的光的速度等于静止在地面上的光速加上高铁的速度。

牛顿去世后的100多年后,麦克斯韦统一了电磁学,给出了一个令人惊叹的麦克斯韦方程组,可以说到目前为止,麦克斯韦方程组依然是电磁学的顶峰。后来有物理学家对麦克斯韦方程组进行求解,可以意外的收获了光速的表达式c=1/ε0υ0.(ε0为真空介电常数,υ0为真空磁导率)。

麦克斯韦

这可吓人一跳, 光速竟然是不变的。此时很多的物理学家们在牛顿与麦克斯韦之间徘徊不定,直到爱因斯坦的出现,才大胆地认为光速不变。

后来很多实验也证明光速不变原理是十分正确的!

关于量子力学中信息传播超过光速的悖论(EPR悖论)

虽然光速不变原理看起来坚不可摧,但是依然有人找到一些例子来反击爱因斯坦。我们知道,20世纪是量子力学建立和发展的时期。设想一个量子系统是由两个自旋为1/2的粒子构成,一个自旋向上,一个自旋向下,在量子力学中,这两个粒子谁向下,谁向上是不确定的,换句话说,谁都向下,谁都向上,这就是量子力学中所说的量子叠加。

量子纠缠

另一方面,如果把这两个粒子一个放在地球上,一个放在月球上,如果地球上的粒子被观测出自旋朝上,那么我们立刻就知道月球上的粒子自旋朝下,这就是量子的纠缠态,这种行为是超越光速存在的。但是我们前面知道光速不变原理是正确的,可是此时却好像不符合了。

后来,哥本哈根学派做出解释:月球上的粒子虽然测到自旋向上,但仅从这次测量的结果,无法推断出它是以50%还是100%的概率获得此结果的,换句话说,它根本不可能由此知道地球上的粒子是否被测量这个信息,因此这里根本不存在“信息传送”。即使“幽灵”超光速,也不违背狭义相对论“信息传送不能超光速”的原理。

宇宙膨胀速度有可能超过光速

举一个粒子,一个在合肥怀孕的女性现在生了一个孩子,那么远在农村老家她的母亲自孩子诞生就立刻升级为外婆,虽然她母亲不知道自己已经当了外婆了,但是并不妨碍自己已经是外婆的身份了。

所以说光速不变与量子力学并不违背。

最后,一些速度确实快了光速

有宇宙大爆炸理论,宇宙在不断的扩大当中,假如说我们人来想要去到宇宙边缘的话,我们能够使用的最大速度就是光速,那么人类永远追不上宇宙扩展的速度。

在这里,宇宙空间膨胀的速度超过光速。

宇宙年龄

但是,对于物质运动、信息、能量传播的速度极限是光速!


徐晓亚然


超光速实际上是可以的,宇宙中存在着许多超光速的现象。那为什么还会有个光速限定,又有什么是超光速的呢?

今天,我们就来聊一聊这个话题。

狭义相对论

实际上,光速针对信息、能量、物质传递而言的。这是上个世纪初才建立起来的观念。在在此之前,科学家并不这么认为。

这些其实需要从高中物理中的“参考系”说起。在高中物理学课上,老师会告诉你要研究运动时,需要先选定一个参考系。比如,我们以地面为参考系,地面上有个小车,小车上面有个人,这个时候车的速度是20m/s,而车上的人沿着车的运动方向运动,速度是5m/s。如果地面上有个观测者,那在他眼里,人的速度就是20+5=25m/s。

这其实很符合我们的观念,这其实也是牛顿理论下的一个很具体的展现。

这一切看起来都特别合理。但是后来,科学家开始着手研究电和磁的现象。最后由麦克斯韦提出的麦克斯韦方程统一了电和磁,并且麦克斯韦还预言了电磁波的存在,可见光就是电磁波中的一种。

这之后,赫兹通过实验证明了麦克斯韦的理论是正确的。

麦克斯韦理论是可以推导出电磁波,或者说是光的速度,这个速度表达是c=1/ε0μ0。其中ε0μ0都是常数,因此光速c就是个常数。

这意味着光速是不需要参考系的,在任何惯性参考下都是一个速度。那就和牛顿理论是相互矛盾的了。

这两位物理学界大神的理论都无比正确,都做出了非常杰出的预言。科学家直接判定谁对谁错都会遭来强烈的反对。于是,许多科学家就想寻找“光的参考系”,这个参考系被他们命名为

以太。一群实验物理学通过各种方式去寻找以太。结果呢?

他们发现这个东西压根就不可能存在。所以,实际上科学家的这种“委屈求全”是有问题的。

后来,爱因斯坦直接甩掉了“以太”这个包袱,直接以光速不变原理为基础,加上相对性原理,推导出了相对论。

相对论质量

通过这两条基本假设,我们就可以推导出物体随着运动速度的变化,质量也会发生变化,可以用下面的方程来描述。

根据这个方程,我们就发现,随着速度的增加,物体的质量也增加。而当速度无限逼近光速时,质量变得十分巨大。同时,我们可以根据动能定律来推导,如果给物体加速所需要的能量。

根据这个方程,我们就会知道,想要让物体达到光速,就需要无限多的能量,而此时的质量也是无限大的。但是上哪弄到这么多的能量?毕竟倾尽宇宙中所有的能量都无法做到。因此,我们说,对于物质、信息、能量的传递而言,速度的极限就是光速。

超光速

我们要知道是,宇宙中不仅仅只有物质、信息和能量。实际上,还存在着许许多多的其他东西,比如:时间,空间等等。那有没有超光速现象呢?

答案是:。宇宙空间的膨胀就是超光速的。

如果以我们地球为参考系,距离我们足够远的天体远离我们的速度是超光速的,但实际上并不是它们在运动,而是宇宙的空间在膨胀。

不仅是如今的宇宙是这样,在宇宙的早期,发生过一次暴胀。这一次宇宙的空间剧烈膨胀,如果我们当时的宇宙看成只有一粒沙子那么大,那这个宇宙相当于从“沙子”瞬间膨胀到“可观测宇宙”那么大,再把它再看成是一粒“沙子”再膨胀到“可观测宇宙”那么大,要知道可观测宇宙可是930亿光年的。宇宙就是在那一瞬间变大到原来的10^30倍。这个膨胀的速度是远远超过光速的。

除了宇宙膨胀,还有一个超光速事件就是量子纠缠。很多人都认为它违背了相对论,实际上并没有。我们还说回到相对论的限定对象就是物质、信息和能量。量子纠缠实际上是没有办法传递信息的,而是用来加密的。

为什么这么说呢?

量子纠缠是指两个粒子的状态会相互影响。但是这里我们要知道的一件事,实际上这粒子应该是处于叠加态的。当一个粒子坍缩之后,另外一个也就定下来。但是我们再去操作已经坍缩的粒子,另外一个粒子是不会发生任何改变的。因此,我们没办法用量子纠缠来实现信息的传递。所以,量子纠缠其实并不违反相对论。


薛定谔的科学


实现超光速并不难!

方案一:在真空中,朝光源运动的测量装置就会测量到超过真空中的光速!

方案二:在大气层内,以超过每秒85千米的速度朝光源运动的测量装置也会测量到超过真空中的光速!

按本人的《基线法实测光速实验方案》即可测量到超光速现象!











彭晓韬


从理论上来说,光速是宇宙中的极限速度,任何物质都不可能超过光速;从现实来说,迄今为止人类也从未发现过任何超光速现象的存在。

换言之,就目前而言,无论理论还是现实观测都表明光速是无法被超越的。

光速为极限速度是《相对论》中提出的预测。

按照洛伦兹变换式的计算,物体的运动速度越快,相对于其他惯性系而言,它运动方向的尺寸就会越短,时间流速也会变得越慢。

这便是我们常常听说的“尺缩效应”和“钟慢效应”,这两大效应在低速状况下可以忽略不计,但是越接近光速就会越为明显。

事实上,洛伦兹变换式的计算结果表明:当物体达到100%光速时,它的相对尺寸将缩短为零,时间对于它而言也不再流逝;超过光速后,它的相对尺寸将成为负数,时间对于它而言会逆流。

根据这样两个计算结果,爱因斯坦认为光速便是宇宙中的极限速度,不可再被超越,因为负尺寸或者时间逆流在公式中虽然能表示为负数,可是在现实中却不可能成立。

当然,我们也不能说《相对论》就一定是正确无疑的真理,它并不是没有出错的可能性,可是在没有切实证据表明它出错之前,它就依然是正确的。

只要《相对论》还是正确的,那么从理论上来说,任何物质就都无法超越光速。


科学矩阵


所谓的光速恒定不变,是狭义相对论的一条基本原理,来自麦克斯韦电磁场方程的推论和迈克耳孙-莫雷验证以太存在的光学实验。

光速恒定不变本质上是一种时空假设,而且是一个自相矛盾的假设。

如果光速是恒定不变的,那么确定光速的时间与空间也必然是恒定不变的;如果光时间与光空间恒定不变,那么与牛顿的绝对时空观就是一致的。因此,光速恒定不变与牛顿的绝对时空观是等价的命题。所不同的是,光速确定的绝对时空是有限绝对时空,牛顿的绝对时空是无限的绝对时空;所以,光速确定的时空只是牛顿时空的局部绝对时空。

爱因斯坦的自相矛盾就在于:他以光速恒定不变否定牛顿的绝对时空观时,又以光速恒定不变肯定了牛顿的绝对时空观。这是狭义相对论自身无法克服的内在矛盾。这个矛盾,可以称之为爱因斯坦时空悖论。

因此,狭义相对论本质上依然是以牛顿的绝对时空观为基础的有限曲面空间的理论。所谓的光速不变,只是相对麦克斯韦电磁场方程的不变。光速在电动力学的地位,相当于惯性定律在牛顿力学中的地位。惯性定律确定了牛顿力学适用的几何空间和范围,光速恒定不变确定了电动力学适用的几何空间和范围。因此,所谓光速恒定不变只是电动力学的一个普适常数,正如重力加速度是牛顿力学的一个普适常数一样,并不是所谓的宇宙常数。

相对于无限的宇宙,光速不存在绝对的不变性,光即使在不同的媒介中传播的速度也是不同的;对无限的宇宙来说,光速也不是不可超越的最高速度。相对无限的宇宙来说,光速是个十分微小的速度,光运行一年的距离也就是一光年对宇宙来说也只是微小的位移。将如此微小的速度确定为宇宙的最高速度,无疑是将原子模型等同于宇宙模型了。爱因斯坦正是如此,当他将光速规定为宇宙最高速度时,是将光速界定的时空规定为了宇宙时空,这注定与真实的宇宙发生矛盾。狭义相对论的时空与真实的无穷大的宇宙相比,只能是个有限的无穷小的时空;因此,光速不可能是宇宙的最高速度,只能是电磁波传播的最高速度。

狭义相对论作为一个自相矛盾的理论,许多物理结论是错误的,因此产生的许多推论也是有悖常理的荒诞不经的!


经济相对论580



大约137亿年前宇宙诞生时,宇宙以令人发狂的“无限”速度扩张,这意味着在早期宇宙中,光的传播速度比引力快,这将推翻物理学的基本原理。 目前对光速的理解来自爱因斯坦和他的狭义相对论。根据这一百年的观察,最快的速度就是是光速,这是“空间和时间的几何学”。 光及其速度比以前认为的更加灵活。事实上,在适当的条件下,一些已经被充分证明,比光更快或更慢是可能的。 除非你在宇宙的开端,否则光速作为宇宙的最大值是不变的。但是没有什么能说光不能慢于速度极限。



俄罗斯物理学家帕维尔·切伦科夫在1934年第一次发现超光速,当时他观察到水瓶发出的蓝光受到辐射轰击,这一发现为他赢得了1958年的诺贝尔奖。此后,这种效应被命名为契伦科夫辐射。这就是核反应堆核心发出怪异蓝光的原因:水减慢了光的速度,所以像电子这样的带电粒子比光传播得更快,出现了“超光速”,类似于喷气式飞机突破音障时发生的现象。当宇宙射线与地球大气层碰撞时,也会发生同样的事情:有一股粒子喷流,其中一些粒子超光速。



科学家已经利用这一点作为超高速粒子的指纹识别。通过观察创造的超光速粒子的大小和形状,你可以推断出许多关于粒子本身的信息。这正是日本的超级神冈代和其他高速粒子探测器用来研究中微子的,他们观察中微子产生的超光速爆炸,就像法警通过评估子弹和弹道来判断枪战中发生了什么。 宇宙中没有任何东西可以比光速更快,但是宇宙本身可以。


宇宙几乎肯定在膨胀,也许是无限膨胀,这就是为什么“没有什么比光速更快”需要被限定的原因:这个想法适用于空间内的物体,但不适用于空间本身。离我们很远很远的星系的移动速度可能超过光速,这是我们所不知道的。 如果某样东西以比光速更快的速度从你身边消失,那么它发出的光也会被同样的膨胀带走,它试图以光速到达你身边,但是整个空间的移动速度比光速还要快,这是一个尖锐的星系间真理:“人们所说的可观察宇宙是指比光速慢的东西。”如果宇宙在变得非常大之前非常小的观点——是正确的,那么我们将再也看不到很多以前的存在。


军机处留级大学士


为什么我们宇宙没有超光速,根据物理学家推测,我们宇宙属于一个非常大的黑洞大爆炸的产物,什么是黑洞,就是质量无限大,体积无限小,还有一点更加直观的就是,连光都跑不出去,看上去一片漆黑,所以称之为黑洞。而光属于基本粒子,那就是说连基本粒子都不能出去,那么物质都只能在黑洞里面了。随着黑洞的大爆炸,黑洞变的很大,但是黑洞的基本属性是不变的,在它的范围内光也是不能跑出去的,也就是说光再怎么跑也只能在这个宇宙兜圈子,不能冲出去。为什么没有发现超光速呢,问题就在这里,如果在黑洞外有超光速的东西,那么它不会进入黑洞。如果黑洞里面有超光速的东西,那么它会飞离黑洞。所以我们宇宙很难发现超光速的东西。宇宙即黑洞,黑洞即宇宙。只是我们宇宙是一个变大了的黑洞而已。然后是真正变大了的黑洞成为宇宙,还是我们深处黑洞之中产生的时空错觉呢。在宇宙之外观测我们宇宙是不是漆黑一片的黑洞呢。一切都不得而知,值得深思。


dongpoyue


光速不变原理

话说在1905年,爱因斯坦提出了四篇具有开创性的论文,分别是光电效应、布朗运动、狭义相对论,质能等价(就是有质能方程E=mc^2的理论,也是狭义相对论的一部分)。

在狭义相对论当中,爱因斯坦统一了时间和空间,他认为时间和空间不应该被分开来看,而应该统一起来看,并称为时空。除此之外,在质能等价当中,爱因斯坦还统一了物质和能量,提出了质能方程E=mc^2。

到了1915年,爱因斯坦在狭义相对论的基础之上提出了广义相对论。狭义相对论适用于惯性参考系,也就是平直的时空

而广义相对论则适用于非惯性参考系,也就是弯曲的时空

爱因斯坦发现,引力的本质其实就是时空的弯曲。万物的运转都是沿着四维时空的“测地线”方向在运动,也就是满足牛顿第一定律。

以上就是极为“简化版本”的相对论一些结论,那这么一个浩大的理论体系,爱因斯坦是如何构建的呢?

其实他通过的就是两条基本假设:光速不变原理相对性原理。然后继续做数学证明题一样,把以上的结论一个个证明出来。

其中,光速不变原理可以通过一步步推导,得到物质、信息、能量传播的速度极限是光速

那宇宙最快的速度就是光速了么?

事实上,就像我们上文所说的那样,光速只是物质、信息、能量传递的极限速度,但并不是说,宇宙中的速度极限就是光速。实际上,宇宙是一个很大的集合,这当中当然包括物质、信息和能量,但不仅限于此,还有时间,空间等等。而恰恰宇宙空间的膨胀速度就是可以超光速的。那具体是咋回事呢?

按照如今的观测和理论,我们的宇宙起源于一次大爆炸,于是,宇宙的空间就开始随着时间的流逝而膨胀。

在爆炸之后的第一秒内,宇宙的空间发生了剧烈的膨胀,翻倍了100次,尺度变成了原来10^30倍。相当于那个时候的宇宙看成是一个苹果那么大,然后膨胀到可观测宇宙那么大,再把可观测宇宙看成苹果,再变成可观测宇宙那么大,可观测宇宙的直径是930亿光年。因此,在这一秒内的宇宙膨胀速度是远远超过光速的,光速在这个速度面前几乎是可以被忽略不计的存在。

当然,这样的情况并不止是发生在宇宙大爆炸的初期,实际上,如今的宇宙膨胀,如果我们地球上来看,宇宙有很多地方的膨胀速度都应该是超光速的。那具体咋回事呢?

这就要从宇宙膨胀说起。很多人理解的膨胀其实就是边界在发生膨胀。但事实并非如此。宇宙膨胀更像是整体性的膨胀。

意思是说,每一细微的空间都有膨胀的趋势,都在膨胀,是一个等比例放大的过程。因此,如果以我们为中心来看,其实四周的天体都在离我们远去。因此,离我们越远的天体,实际上远离我们的速度就会越快,我们可以用哈勃定律来描述。

不仅如此,科学家还发现如今的宇宙正在加速膨胀,所以,膨胀的速度还会愈演愈烈,不会有减缓。

当距离足够远时,那个位置上的天体的退行速度,或者我们说宇宙膨胀的速度就超过光速。因此,实际上宇宙中绝大多数的空间都是相对于地球在加速膨胀的,这些空间的天体,我们永远都无法看到了。如今,我们理论上所能看到的范围被称为可观测宇宙,它仅仅是宇宙很小的一部分而已。


分享到:


相關文章: