为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越(11)



人类有史以来最快的加速粒子是在LEP电子对撞机中实现的 , 其获得的能量为104.5GeV,速度达到了0.999999999988c,299,792,457.9964m/s,仅仅比真空中的光慢3.6毫米/秒 。
总结
在爱因斯坦的狭义相对论中所提到的光速不可超越,指的是任何有质量的物体都不可能在真空中达到光速,即光速是物质运动速度的极限,而非物质世界的速度并不受光速影响 。如今,人类在宇宙中所发现的超光速现象其实都是与空间有关,并不违背相对论 。

为什么任何物质都无法超越光速,光速不可超越

文章插图
光速无法被超越 , 其根本原因是什么?首先我想说的是 , 光的速度可以被超越!不要惊讶,这是真的,但我们需要在耍赖、作弊的情况下才能超越光的速度 , 这个我们后面在说 。首先我们在非相对论的基础上解释下,为什么我们不能超光速?
人类的极限速度
目前人类所创造的速度极限实在粒子对撞机中实现的,粒子加速器是利用电场加速粒子 , 并且使用磁场将带电粒子控制在加速环中加速 , 这就是说磁场、加速环越大 , 粒子获得的能量越高,大型强子对撞机中质子获得的能量是6.5 TeV,速度已经达到了0.9999999896c,299,792,455 m / s 。这个数字一看这和光速基本没有区别,但确实没有达到光速 。但质子还不是最快的人造速度 。
还记得电子吗?一个电子比质子轻了1836倍!在LEP电子对撞机中获得的能量为104.5 GeV,是人类有史以来最快的加速粒子,达到了0.999999999988c,299,792,457.9964 m / s,仅仅比真空中的光慢3.6毫米/秒!
这时你可能会想,就差了3.6毫米每秒,这么难么?是能量不够吗?有没有更高能量的粒子?有!人类目前造不出来 , 但宇宙可以,大家还记得黑洞旋转的吸积盘的,磁场比人类创造的磁场强10亿倍,喷射出来的宇宙射线(质子流)能量可以一路飙升到10^19 ev以上!
宇宙的极限速度 , 为什么不能被超越?
这么高的能量为什么还是没有超光速,下面就说说到宇宙的速度限制或者说能量限制了 。当一个粒子的所携带的能量在5 10^19 eV以上时,宇宙就开始干预粒子 , 不让其超过这个阈值 。就是我们所说的GZK极限值!
当粒子能量高于这个极限值,在空间中就会和微波背景发射中的光子发生相互作用,并且产生一个中性π介子,一个中性π介子就会消耗135Mev的能量!知道粒子能量降低到允许的极限值 。这个极限值意味着黑洞能量再怎么高,创造出来的质子速度为299792457.99999999999999999999918米/每秒 。还是不能达到光速或超光速!
这时有人就想 , 那宇宙微波辐射有一天会不会随着宇宙的膨胀没有了?速度就可以超光速了?不是的,空间的膨胀只会让光子的能量更低,甚至膨胀到无限低,或者波长被拉到无线电波的不断,但永远不会让光子消失 。这就是解释宇宙极限速度的一种方式,如果你想听相对论版本的,下面就是!但首先你要相信相对论是正确的 。
相对论是怎么解释光速不能被超越的
宇宙的速度极限,我们通常称之为光速 , 是宇宙运行的基本原理 。相对论说,当你走得越快,你在前进方向上的空间维度就缩小得越多,当你被外部观察者看到时,你的生物钟也会运行得越慢 。换句话说,空间和时间并不是一个固定的背景 , 在这个背景上,所有的事情都以相同的方式发生 。相反 , 时空可以被弯曲或扭曲 。
如果你看爱因斯坦相对论的核心方程式,你会发现当你接近光速时,你前进方向的空间维度会缩小到零 , 而你的时钟会慢到停止 。一个宽度为零 , 时间没有变化的参考系实际上是一个不存在的参考系 。因此 , 这就告诉我们,没有任何东西可以比光速更快 , 原因很简单,间和时间实际上并不存在于这个点之外 。因为“速度”的概念需要测量在一定时间内在空间中走过的距离,所以速度的概念甚至在物理上并不存在于光速度之外 。事实上 , “比光还快”这个短语在物理上是没有意义的 。这就像是说“比黑还黑” 。