為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

前面我給大家講解了狹義相對論的核心思路:時間相對性,相信大家應該記憶猶新,這裡我再次重複下“什麼叫相對性”,相對性意味著我們必須要給定一個參考系,並且換了參考系再看同樣的事情就會有變化,比如速度這個物理量就是相對的,而且不止速度具有相對性,時間、長度、質量這三個物理量也是相對的。那麼大家是否想過,為什麼我們宇宙的最大速度就是光速C呢?

為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

由於光的速度是C,也就是這個宇宙的最大速度,那麼在光眼中我們的世界其實都是以C的速度在往後退,還記得我之前給大家講過狹義相對論的一個效應不?當一個物體速度越快,時間就會越慢,由於物體空間速度和時間速度是不可兼得的,這與量子力學裡面的海森堡“不確定性原理”其實有異曲同工之妙,因為這個不確定性原理就是告訴你,微觀例子的速度和位置你永遠無法同時兼得。

為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

其實宏觀世界裡面也有一個“不確定性原理”,那就是宏觀物體的“空間速度”和“時間速度”也是不可兼得的,舉個簡答的粒子,當一個物體靜止於地面,此時這個物體在空間上沒有速度,也就是速度為0,但是這個物體時間上的速度恰恰是最大的時候,時間上的速度就是c。

那麼這就帶來一個新的“概念”,什麼叫“時間速度”,時間這個物理量也有速度這一說嗎?其實是有的,因為狹義相對論中有一個時間膨脹公式如下圖所示。

為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

其中△T是靜止於地面的參考系的時間,△t'是運動的參考系的時間,v是運動參考系的速度,c是光速。可以看出當地面上某個物體過程花費了3秒,也就是△T=3,如果運動參考系的速度v非常大的話,算出來的△t'是一個接近無窮大的值,所以總結一句話就是:運動物體速度越快時間越慢。

當物體靜止時由於空間上沒有空間上的運動,也就是空間速度為0時,時間上的速度流逝的就最大c,當物體空間上運動速度達到c,時間上流逝的速度又變為0了,看見沒,空間速度和時間速度是一種此消彼長的關係,一個大了另一個就小,一個小了另一個就大,用一個函數圖來表示就如下圖所示

為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

其中橫座標是時間速度,縱座標是空間速度,第一幅圖就表示這個物體空間上速度為0,此時時間上的速度是c,右邊這幅圖表示這個物體空間上速度是c,時間上速度是0,中間這幅圖表示這個物體在空間和時間上都有一定的速度。

大家發現沒,這三幅圖有一個共同的特點,那就是這條“紫色的線段”長度是固定的,也就是說如果我們把一個物體在時間上的速度和空間上的速度做疊加,你會發現永遠固定為C,所以這個“紫色線段”長度其恰好就是C。而時間速度和空間速度疊加起來的速度是啥,其實就是“時空速度”。所以總結一句話,我們每個人其實在時空中的速度固定都是C,無論你處於啥運動狀態,你的時空速度是無法改變的。

為什麼宇宙的最大速度是光速?愛因斯坦給您揭曉答案

所以大家明白了沒,為什麼C是宇宙中的最大速度,因為我們的時空速度一直都是C,這個是固定值不變的,這個是世界的內在屬性且不以我們意志為轉移。我是小彭來給您解惑,大家如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。


分享到:


相關文章: