科學分析:有什麼事物能超越光速嗎?

2022年05月14日11:29
英國倫敦帝國理工學院理論物理學家克勞迪婭德拉姆(Claudia de Rham)稱,從技術上講,“沒有任何事物的速度能超越光速”的說法本身並不完全正確,至少在非真空環境中是這樣的,但她強調有一些因素需要考慮在內。
英國倫敦帝國理工學院理論物理學家克勞迪婭德拉姆(Claudia de Rham)稱,從技術上講,“沒有任何事物的速度能超越光速”的說法本身並不完全正確,至少在非真空環境中是這樣的,但她強調有一些因素需要考慮在內。

  5月14日消息,據國外媒體報導,1676年,丹麥天文學家奧勒·羅默爾(Ole Roemer)通過研究木衛一運行狀況,計算出光以限定速度傳播。兩年後,荷蘭數學家、科學家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)基於羅默爾收集的數據,成為試圖測定實際光速的第一人。

  當時惠更斯提出的光速值為211000公里/秒,該數值並未達到目前的精確標準,現在我們知道“真空”中光速達到299792公里/秒,但惠更斯曾評估稱,光以不可思議的速度在太空中傳播。

  依據愛因斯坦的狹義相對論,光傳播速度如此之快,以至於宇宙真空中沒有任何物體能比光傳播速度更快。美國阿拉巴州立大學推進研究中心航空航天工程副教授賈森·卡西布里(Jason Cassibry)證實稱,我們在太空中穿行速度無法超越光速!

  該結論是正確的嗎?或許不對,當光不在真空中傳播,是否仍遵循“光速無法被超越的定律”?

可見光譜圖。英國理論物理學家克勞迪婭德拉姆說:“如果把光看作一種波,那麼就有‘多種原因’解釋為什麼某些波在介質中比白光(或者無色光)傳播得更快,其中一個原因是當光通過介質時,例如玻璃或者水滴,不同頻率或者顏色的光以不同速度傳播。
可見光譜圖。英國理論物理學家克勞迪婭德拉姆說:“如果把光看作一種波,那麼就有‘多種原因’解釋為什麼某些波在介質中比白光(或者無色光)傳播得更快,其中一個原因是當光通過介質時,例如玻璃或者水滴,不同頻率或者顏色的光以不同速度傳播。

  英國倫敦帝國理工學院理論物理學家克勞迪婭·德·拉姆(Claudia de Rham)稱,從技術上講,“沒有任何事物的速度能超越光速”的說法本身並不完全正確,至少在非真空環境中是這樣的,但她強調有一些因素需要考慮在內。

  光既有粒子特性,也有波的特性,因此光可以看作既是粒子(光子)又是波,這就是波粒二象性。拉姆說:“如果把光看作一種波,那麼就有‘多種原因’解釋為什麼某些波在介質中比白光(或者無色光)傳播得更快,其中一個原因是當光通過介質時,例如玻璃或者水滴,不同頻率或者顏色的光以不同速度傳播。”

  依據美國威斯康星大學麥迪遜分校的一篇文章,最明顯的例子發生在彩虹中,較長、較快的紅色波長位於彩虹頂部,而較短、較慢的紫色波長位於彩虹底部,然而當光在真空中傳播,情況就不一樣了。

  美國東南路易斯安那大學物理學家瑞德·阿蘭(Rhett Allain)教授稱,所有光都是電磁波的一種形式,它們在真空中都有相同速度——3 ×10^8米/秒,這相當於無線電波和伽馬射線的速度。

  因此,依據拉姆的理論觀點,唯一比光速更快的事物(有點自相矛盾)就是光自身,儘管僅發生在非真空環境中。但值得注意的是,不管是什麼介質,光速永遠不會超越299792公里/秒。

  宇宙角度

  依據卡西布里的觀點,當討論速度超過光速的物體時,還有一些其他因素需要考慮。他說:“宇宙某些部分正以超過光速的速度膨脹,且離地球遠去,例如:哈勃太空望遠鏡近期觀測到一顆被稱為埃倫德爾(Earendel)的遙遠恒星,它釋放出129億年前的光線,但是由於宇宙時刻都在膨脹,埃倫德爾恒星自形成以來一直在遠離地球,所以它當前與地球的距離並非129億光年,而是更加遙遠。

  在這種情況下,時空不斷地膨脹,但時空中的物質仍然在光速範圍內運動。所以很明顯正如我們所知道的,沒有什麼物體的速度會超越光速,但是否存在可能超越光速的情況呢?

  拉姆說稱,愛因斯坦的狹義相對論以及廣義相對論,是建立在“空間和時間概念相對的原則之下”,但這意味著什麼呢?如果有人能以超越光速的速度並攜帶信息,那麼他們的時間概念會比我們的時間概念更加扭曲,在某些情況下,未來可能影響我們的過去,整個現實架構就會失去意義。

  這意味著人類時空旅行速度超越光速是不可能的,但是否會有一天,我們能研製新型技術和材料,駕駛超越光速速度的太空飛船往返時空?卡西布里說:“理論家們提出了各種類型的曲速氣泡,能以超光速時空旅行。”

  人體不可能實現光速旅行!

  拉姆說:“我們可以想像能以光速實現太陽系外通訊,但將真人以光速發射是不可能的,因為我們無法實現光速狀態下人體時空旅行。即使在一個非常理想的條件下,例如:人體以恒定速度不斷加速,但事實上人類很難獲得一種不斷加速的太空旅行技術,我們永遠不會達到光速時空旅行,或許我們會非常接近光速,但無法超越光速。”

  卡西布里證實了這一點,他說:“在忽略相對論的前提下,如果你以地球重力1G的速度加速,持續一年時間才能達到光速,事實上人們永遠無法達到這個速度,因為當人體接近光速時,人體質能將不斷增加,接近無限值。”

  同樣,阿蘭相信超越光速是不可能的,但正如卡西布里所認為的,如果人類要探索遙遠的系外行星,實際上沒有必要必須達到光速。他指出,我們能理解比光速更快的唯一方法是時空中使用某種類型蟲洞,使用該策略可能不需要達到超越光速的時空旅行,而是提供一條通往太空其他區域的捷徑。

  然而,卡西布里不確定是否蟲洞是最現實的超速太空旅行選擇,他說:“依據愛因斯坦場方程的特殊解,蟲洞理論是可能實現的,基本上,如果蟲洞存在的話,會成為兩個目的地之間的捷徑,但我不知道是否能建造蟲洞,或者如何建造蟲洞。”(葉傾城)

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽