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通俗科普:宇宙为何有光速限制?如果超过光速会发生什么?

通俗科普:宇宙为何有光速限制?如果超过光速会发生什么?
2022-02-13 06:07:14 来源:搜狐号

我们都知道,光速是宇宙中的速度极限,任何物体和信息的传播速度都不可能超过光速,那么宇宙为何有光速限制?不限制不行吗?如果物体和信息的传播速度超过光速会发生什么?

简单讲,光速极限是四维时空的内在秉性。宇宙有光速限制,光速与时间密不可分,速度可以让时间变慢,甚至让时间暂停(达到光速时间暂定)。如果超过光速,意味着时间倒流。

如何理解上面的事实?我们需要明白一点。

时间和空间(简称时空)是相对的,并不是绝对的,也就是说,即使是地球上的你我(即使我们两人面对面),感受到的时空流逝速度都是不一样的。影响时间的并不仅仅是速度,还有引力(这篇文章只讨论速度对时间的影响,引力的影响以后再讨论)。

按照爱因斯坦狭义相对论中时间膨胀的诠释,如果你以无限接近光速的速度飞行,你可以瞬间到达任何遥远的距离,你只需要几秒钟甚至更短的时间到达成千上万光年之外的地方(取决于你到底有多么接近光速)

但是对于地球上的我这个观察者来讲,你想要到达一光年外的地方,仍旧需要飞行一年,这里的一年只是我的感受,对于你来讲,可能只需要几秒钟就到达了。

也就是说,你的几秒钟就相当于我的一年!

这种相对时空观彻底颠覆了我们的传统认知。传统的牛顿绝对时空观告诉我们,无论在什么情况下,时间流逝速度都是绝对不变的,这也符合大部分人的生活习惯,毕竟我们每天感觉到的时间流逝速度都是一样的。

之所以我们会有“绝对时空观”的错觉,主要原因还是我们生活在低速世界,速度对时间的影响几乎可以忽略不计,我们也感觉不到,差异非常小。

这里有一个极端的情况。

如果你能够无限接近光速飞行,意味着你的时间趋于静止,结果可能是非常疯狂的:你不可能度过自己一生,甚至只能活几秒钟就死去了。因为时间膨胀因素,你的几秒钟相对于宇宙来讲已经过去了无限长的时间,宇宙早就毁灭了。如果宇宙都毁灭了,你当然也不可能存在了!

网络上有人经常会问这样的问题:如果光子能像人类那样有自我意识,光子会看到什么呢?会有什么样的感觉呢?

实际上这种问题是没有意义的。对于光子来讲,无所谓“时间”的概念,对于光子来讲,时间是完全暂停的,没有过去和将来的概念,有的只是现在。光子可以瞬间(不需要时间)到达任意遥远的距离(注意这里是以光子自身来讲的,不是以我们为参照系)。

也就是说,只要你的速度足够快,就可以在非常短的时间里(比如几秒钟)跨越上万光年甚至更远的浩瀚距离。

光速和时间的这种关系证明了两点:

宇宙万事万物的存在离不开四维时空,光速是四维时空的速度限制(或许存在更高维度的时空,那里的最低速度就是光速,谁知道呢?)。

还有一点:我们只能无限接近光速飞行,不能达到甚至超越光速。因为一旦超越光速,你将脱离四维时空,意味着你将不属于这个世界。而你本身就是这个世界的一部分,两者本身就是矛盾的,所以你不可能超越光速。

虽然狭义相对论诞生一百多年了,但仍旧有不少人无论如何不相信它是真的。实际上,狭义相对论中的时间膨胀效应早已深入到我们日常生活中,比如平时我们经常用的导航,就是时间膨胀的实际应用。

由于天上卫星的高速运动,时间会变慢(当然还有引力作用,这里先略过不讲),要想让地面和卫星上的时间保持一致,必须对卫星上的时钟进行微调,不然的话,卫星导航会完全失效。因为即便是非常微弱的时间差异,累积起来也会有很大影响。

最后再说一点,速度不仅仅会影响时间的流速速度,还会影响物体的质量,空间长度等,具体的公式如下:

速度越快,物体质量就越大,空间长度就会缩短(尺缩效应),时间流逝速度就会变慢。返回搜狐,查看更多

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