爱因斯坦是说有质量的物体不可能达到光速,他又说宇宙膨胀超过光速,是否自相矛盾?

宏乐183


我不知道你是从哪听说的,首先爱因斯坦是理论物理学家,他不可能取研究宇宙膨胀的。第二爱因斯坦还在世的时候宇宙大爆炸学说根本就没有确立,宇宙大爆炸学说是80年代才确立的,再此之前有这种宇宙演化学说。咱们以爱因斯坦去世的50年代为例当时的人觉得宇宙是恒定的,所以不存在膨胀不膨胀的问题,即使爱因斯坦是大佬能接触到学术最前沿的东西,但我依旧不觉得他会把当时根本就没确立的理论拿出来瞎说,所以楼主这个问题根本就不可能存在。


开着皮卡打坦克


爱因斯坦的相对论不允许物质的运动速度超过光速,或者说不允许能量、信息的传递速度超过光速。而在宇宙中足够远的两个位置可以找到这样两个物体,它们相互远离的速度会超过光速。这和是否违背了爱因斯坦的相对论?不,并没有违背相对论。

宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,目前可观测的宇宙半径大约是465亿光年。有人可能会觉得奇怪了,即使以光速向前运动,乘以运动的时间138亿年,得到的结果是138亿光年。宇宙的半径怎能超过138亿光年?这两个数据是不是至少有一个错了?

需要明确的是,不论是138亿年的宇宙年龄,还是465亿光年的可观测宇宙半径,都是天文学家经过大量天文观测得到的结论,并在科学界得到了广泛的共识。宇宙的可观测半径之所以超过138亿光年,是因为宇宙空间膨胀的原因。试想一下,在一个洞穴口有很多蚂蚁,某一时刻这些蚂蚁以速率v各自向各个方向出发,经过时间t蚂蚁到洞穴的距离就是vt。倘若蚂蚁爬行的同时,地面也跟着膨胀,经过时间t后蚂蚁到洞穴的距离就会超过vt。

宇宙可观测的半径超过138亿光年就类似于蚂蚁爬行时地面也跟着膨胀,宇宙膨胀是整个空间在膨胀,并非只是所谓的宇宙边界在向外扩张。上世纪初,天文学家哈珀发现银河系以外的星系大多存在着红移现象,这说明这些星系在远离我们而去,并且距离银河系越远的星系红移现象越明显。哈珀的发现是宇宙膨胀的有力证据。目前观测到的哈珀常数为H=67.80±0.77km/s/Mpc,即距离每增加一百万秒差距,退行速度增加67.80千米每秒。这样距离我们足够远的位置,天体离我们远去的速度就会超过光速。

宇宙膨胀速度超过光速并没有违反相对论,这种膨胀并不能使能量或信息超过光速传递。相对论以及哈珀定律都是研究宇宙所需要的强有力工具。


刁博


的确,有质量的物体是不可能达到光速的

这个结论来自于爱因斯坦的相对论,其中的光速不变原理和相对性原理结合得出的质量效应公式从数学上也说明了这一点:


其中m为物体的质量,m0为物体的静质量,V为物体的运动速度,C为光速,从式中可以看出:当m0≠0,V→C时,分母根式→0,则m→+∞。也就是说,如果物体速度达到光速,其质量会变为无穷大,如果宇宙是有限的,那么全宇宙的能量都用来推动这个物体也不够,因而静质量不为0的物体是不可能达到光速的。

那么静质量为0的物体可不可以达到光速,甚至超过光速?

答案是肯定的,比如说光子静质量为0,它的速度就可以达到光速。再比如题目所说的宇宙空间,它也没有静质量(即m0=0),如果它仍然适用质量效应公式,那么我们把m0=0代入其中可知,无论空间以何种速度运动(哪怕是等于光速或者大于光速),它的质量m始终为0,理论上可以不需要能量来维持它的速度,因而可以轻而易举超过光速。但据哈勃定律和实际观察可知,空间的运动是复杂的,运动的速度也是变化的。空间的运动,准确地说应该叫作“膨胀”,这个膨胀是从一点(比如说奇点)向周围的膨胀,


是任意两点之间相互远离的膨胀。相互距离越远的两点,其相互远离的速度越大,这就像我们吹气球,气球上的每一点都在远离其他所有点,且离的越远的,远离速度越大。

这充分说明了宇宙空间在膨胀,且还是加速膨胀,越来越快。加速膨胀(运动)就需要能量,这个能量就是我们常说的暗能量,它不同于普通的能量,它具有斥力作用。

目前人们对暗能量的认识还很肤浅,今天我们也是浅尝辄止,不作深入的探讨。

宇宙膨胀的实质是空间的膨胀,那空间膨胀的实质是什么?它通过什么来体现?

宇宙的膨胀说到底就是空间的膨胀,但与其说是空间在膨胀,不如说膨胀产生空间;与其说空间是在运动,不如说空间是在从无到有的产生增加,这种产生增加是每一点向周围的扩散,是全空间每一点都在产生增加新的空间去填充“无”,因此这种膨胀不同于个体单独的运动,而是一种全体空间扩散的积累效应。这种膨胀运动没有什么移动速度可言,因为这不是常规意义上的个体运动,可以说空间根本就没有移动(因为平常所说的运动是以空间作参考背景的,而空间自身的运动却没有任何背景,没有背景,怎么能说它运动?),没有移动,哪来的速度?

但空间中的物质随着空间的膨胀而运动(因为物质处于空间中,空间既是物质的存在方式,又是物质的存在背景和处所),表现在宏观大尺度上,这些物质(比如星系)在相互远离退行。因此宇宙空间膨胀速度实际上是通过星系相互远离退行的速度来表现的,宇宙膨胀速度说的就是星系退行的速度,当然星系相互退行远离的“推动力”就是空间膨胀。



那星系退行的速度是怎么超光速的?

正如上面所说,空间膨胀不同于个体单独的运动,它是一种全体空间每一点都在扩散的积累结果,所谓的超光速就是积累出来的。因此空间中的星系相互远离的速度也是一种积累。

对于相邻较近的两个星系互相远离的速度是很小的,小的可以忽略不计,有时甚至空间膨胀引起的星系退行速度要小于星系自身在空间中的运动速度。比如说仙女座星系和我们的银河系不但不相互远离,反而正在相互靠近,据美国宇航局科学家研究预测两个星系将会在37.5亿年后相撞





(仙女座星系和银河系相距虽然有250万光年,但对于大尺度的宇宙来说,这个距离实在是太短了。根据哈勃常数最新数据73.52千米/秒/百万秒差距,星系之间距离每增加326万光年,星系相互退行的速度就增加73.52千米/秒。这样算下来,仙女座星系和银河系因空间膨胀引起的相互退行速度仅为250x73.52/326≈57千米/秒,可实际上目前仙女座星系相对我们正以110千米/秒的速度向我们银河系靠近,这说明它们在空间相向自由运动的相对速度应为57+110≈170千米/秒左右)。

可对于相距较远的星系,它们相互退行远离的速度是非常大的,经计算,大约相距133亿光年的星系相互远离退行的速度就达到光速了。拿我们地球来说,距地133亿光年外的星系退行的速度是大于光速的,当然我们地球退行的速度对于133亿光年外的星系来说同样也是超光速的。可同样还是我们地球,对于250万光年外的仙女座星系来说,我们地球的退行速度仅为57千米/秒。这说明星系的退行速度完全是积累叠加的效应和结果,遥远星系拥有的很大(甚至超光速)的退行速度,完全是由一个个相对于邻近星系那很小很小的退行速度一点一点累加起来的。

当然每个星系退行的速度是个相对的量,不是一个相对于绝对静止参考系的绝对速度(宇宙中是不存在绝对静止的东西的),而有质量物体(星系)的相对速度的上限仍然是光速,因而不会真地存在以绝对超光速退行的星系,即使积累叠加也不行。

如果非要说宇宙超光速膨胀,那应该将其解释为空间层面的东西。

正如上面所说,空间是物体运动的场所和参考背景,这也包括光子的运动,因为光速再快也是在空间的运动,它跑不出空间去。光速限制原理只能管实体物质的运动规律,而管不了运动的场所和背景――空间本身;光速限制原理限制的是能量和信息的传递,并不限制不传递信息和能量的运动,空间的膨胀并没有信息和能量的传递;光速限制是具有静质量物体跳出时空的界限,并不是时空本身的界限。因此基于光速不变原理和相对性原理基础创立的狭义相对论并不用于描述空间自身,狭义相对论中的速度叠加公式也不会适用于空间本身的运动,因为这个公式不允许叠加后超过光速,而空间的运动最起码可以叠加到超过光速。

小结

有质量物体的确不可能达到光速,这有光速限制原理管着;而宇宙空间膨胀可以超过光速,也确实超过光速,这是因为光速限制原理管不着空间本身,因此两者并不矛盾。


物原爱牛毛1


如果爱因斯坦还活着,我想当面问他一个问题,空间膨胀了,这个空间不属于物质,你怎么定意这个空间??气球上的线远离了,气球膨胀了,气球是不是属于物质??地面膨胀了,蚂蚁远离了,地面属不属于物质??没有物质参予的空间膨胀有何意义??空间??搞笑了,你定意这个概念是不是想自圆光速最大理论的正确性??光速不变就像是哥白尼的地心说一样经不起任何推敲,迟早要被推翻的。当光速被超越,我们回过头来看看会想到以前的想法多么可笑,光速和音速一样不过是一个速度而已,没有什么是不可能超越的,不过和音障一样光障更强大,突破这个速度比音爆更加炫丽而已,我们不要太想当然了!!


邢敛锋


目前被主流科学认可的超光速事实有两个:第一个就是本问题中所说的宇宙膨胀超光速;第二个就是量子力学里提出的量子纠缠现象是超光速的,并且被认为是瞬时完成的


那么有人可能就会比较迷惑,爱因斯坦的相对论不允许超光速的存在,那么这两个例子岂不是推翻了爱因斯坦的相对论?实际上并非如此,看问题要细致从本质上来看。爱因斯坦的理论不允许超光速,可以准确的总结为以下两点:

  1. 任何有静止质量的物体达不到光速,理论上只能无限接近于光速。最简单的例如光子是没有静止质量的,光子的速度即是光速;
  2. 信息的传递速度不允许超光速, 现代信息交流最快的就是光速,电磁波实现相互之间的交流吗!而量子纠缠恰恰是不传递信息的,因此超光速和爱因斯坦的理论不矛盾。现在发展的量子通信本质上是对信息的加密,并非是运用量子纠缠的实现通信目的。

而本问题中所说的宇宙膨胀本质上来说,膨胀的也是空间并非是实际物质,因此也并不违反爱因斯坦光速限制。按照哈勃定律距离我们越远的星系退行速度就越快,目前已知距离我们最远的星系退行速度已经达到三倍光速,当然了更准确的来说是空间的膨胀速度。


这也意味着距离我们最远的星系我们永远都看不到它的星光,并且随着时间的推移宇宙膨胀速度会越来越快。由于暗能量的存在宇宙的膨胀已经开始加速膨胀,并且速度会越来越快。



科学黑洞


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


【回答:一丁点都不矛盾】

爱因斯坦,是离我们现今时间最近的伟大科学家,没有之一。

物质世界中的物质,广义上的概念,是我们可以眼睛看得见,手能摸得到,有质量的物体。爱因斯坦说,有质量的物体不可能达到光速,这是爱因斯坦的科学推论。

其实,老祖宗早在几千年前,就已经告诉我们,这个道理了。

组成世界的物质,老子起的名字,叫做三元。三元不是物质的,大白话说就是看不见也 摸不到。那么,如何最终形成了我们现在所在的物质世界?

能量的下降。

能量下降后,“物化”形成了我们今天看得见、摸得着的物质世界。

好了,反过来。

当我们看得见、摸得着的物质,超过了光速,是什么?

对!是三元。只不过,物质变成了非物质。

读者不知道有没有悟出一个道理?

对了,所谓的肉身成仙,就是胡说八道!当我们不存在于物质世界的时候,就是非物质的!

宇宙的膨胀,膨胀到了顶点,然后回缩,这叫什么?这叫宇宙的规律。谁可以改变吗?

没有。那么,宇宙膨胀的速度,超过了光速,是什么可以超过了光速,是三元。

现在,读者可明白了?


老祖宗的智慧


自然界是不连续的,存在着质的变化。所以,创造我们人类并且仍然在影响着我们人类的宇宙,只是自然界的一部分。在其解体之前,宇宙是一个相对独立的封闭体系。

又由于普朗克常数h的被发现,以及所有的物理现象都需要用该常数给予解释,说明我们的宇宙是量子化的,确切地说是由不可再分的量子构成的。

此外,由于物体的体积只是粒子高速运动产生的屏蔽效应;而且,当我们的认识超出宏观范围时,发现物体的行为需要外在的物理背景来给予说明,如微观粒子具有波动性。说明空间和物质并非我们原来认为的,即空间只是承载物体的几何框架以及物质具有实体性。这是一种陈旧的机械宇宙观。

于是,我们获得了一个新的量子宇宙观:

离散的基态量子构成空间,受到激发的量子成为光子(能量),由高能量子组成的封闭体系就是物质。一切物理现象都只是量子的三种不同状态的相互影响、相互作用和相互转化的结果。

所以,宇宙的膨胀速度和宇宙内部传播的速度(光速)是两个完全不同的概念。

宇宙膨胀的速度取决于宇宙内外部能量密度即压强的对比,类似气球🎈的膨胀。

宇宙内部的传播速度即光速则取决于光子的静质量和宇宙内部空间的量子密度。

上述两个速度的变化是反向的,宇宙膨胀的速度会随着宇宙的膨胀而减小,宇宙内部的传播速度即光速却会随着宇宙内部空间密度的下降而增大。

因为,光速是光子维持其相对于空间势能的速度。类似赤脚🦶划水运动,水的比重越小,需要维持站在水面上的速度就越大。

总之,宇宙膨胀的物理机制不同于宇宙内部传播的物理机制,因而宇宙的膨胀速度不受宇宙内部传播机制的限制,是可以超过光速的。


淡漠乾坤


宇宙大爆炸学说是不是真的还有一说,宇宙膨胀的速度超过光速就更没有道理了。如果宇宙膨胀的速度超过光速,应该在宇宙的任何部分都是一样的,那么,地球和太阳之间,或者太阳系和其它的恒星系之间相互之间逃离的速度也应该超过光速,是这样的吗?意大利理论物理学家卡洛.罗韦利先生是爱因斯坦的忠实信徒,他不光相信宇宙是可以膨胀的,他还相信宇宙是可以收縮的,他还相信空间会像海平面一样起伏。宇宙膨胀能够引起那么多有规律的运动吗?比如行星围绕太阳转,太阳系围绕银河系转……有人根据宇宙膨胀速度超过光速推断,现在,宇宙的可观测半径为465亿光年,宇宙大爆炸产生于138.2亿年前的一次奇点大爆炸。我不知道提出这个观点的人怎么自圆其说:如果宇宙可观测半径为465亿光年,那么,从465亿光年外发出的光要465亿年才能够到达地球(即使是用最大的天文望远镜),那时候,宇宙还没有诞生,光是谁发出的呢?所以,要么宇宙不是诞生于138.2亿年前的一次奇点大爆炸,要么宇宙的可观测半径没有465亿光年。很浅显的道理,况且,任何超过光速的运动都是我们用肉眼或者天文望远镜看不见的,持这种理论的人,请问,你们是怎样看见的呢?


才一斗


爱因斯坦相对论中,不能达到光速需要前提条件。遥远星系远离的速度超过光速,甚至水杯中都会发生超光速的事儿,但它们都不违背爱因斯坦的相对论。

爱因斯坦的光速极限

相对论中,超光速的概念可以这么来定义:

所有原本速度低于真空中光速的物质,它的速度都不可能达到真空光速。

这其中有三个条件需要注意,一是“物质”,它指的是宇宙中的物质,时间与空间等不在其内;二是“原本速度低于光速”,那些原本速度比光速还快的物质不在讨论范围;第三是真空光速,光速在不同的介质中传播速度不同,只有在真空中它的速度才是一个恒定值——299792458米每秒。

超光速的情况

至少以下三种情况会发生超光速的现象。

  • 宇宙膨胀导致遥远星系之间相互远离的速度超过光速。宇宙的膨胀实际上是空间的膨胀造成的,空间不是物质,它不受相对论的限制。星系运动没有超光速,只是星际之间的空间膨胀了,它们相互远离的速度才超过了光速,这不违背相对论。

  • 在水中,电子的运动速度可能会超过光速。光在水中的速度会大幅下降,只有真空光速的75%,当其速度变慢时,就变得可以超越了。有时中微子会与水中的原子发生碰撞,产生在水中移动速度比光速快的电子,这种现象叫切连科夫辐射。
  • 当某物质原本的速度就大于光速时。科学家定义了快子的概念,它指的是速度大于真空光速的粒子。快子的特点是无论如何减速,速度也不可能低于光速。目前科学家没有发现快子,它只是在理论上被预言的一种粒子,但是快子超过光速也不违背相对论。

结语

宇宙膨胀是美国天文学家哈勃发现的,当时爱因斯坦还是一个静态宇宙论的支持者。所以,题主的问题有些毛病,提出宇宙膨胀超光速的应当是哈勃。光速并非不可超越,但违背相对论的超光速现象目前还没有被发现。

2011年,欧洲的科学家曾经犯了一个错误,把中微子的速度计算错了,误认为中微子超越了光速,后来才发现那只是个乌龙。如果中微子真的超了光速,那么相对论就真的要被改写了。


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