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为什么只能90光速航行(以光速航行会发生什么)

admin2022-11-24科技生活111

假如飞船以光速飞行,怎么才能停下来?

以光速飞行,在地球上看,你确实是1年之后就能到达,但是对于在飞船上的你自己,这段时间不到5秒,你甚至都来不及反应。哪怕你的速度只有90%的光速,这段路程对于你自己而言,需要的时间都不会超过10秒,因此你不可能来得及减速的,会直接飞过去。

光速航行不可能拿来进行这种短距离的航行。速度达到90%光速以上的时候,你的航行距离要达到恒星与恒星之间的距离(平均来说上百光年)才能让飞船中的你有时间来反应。

至于怎么减速,这个很简单:你怎么加速到光速的,就怎么减速回来,需要做的只是把推进方向反过来而已。

光速无法被超越,其根本原因是什么?

光速一直以来都是一个老生常谈的话题,我们也会经常在科幻电影中看到利用虫洞或其他技术让飞船实现亚光速飞行进行星际旅行,不过以目前的科学理论来说,这些科幻技术是不可能实现的。

光速每秒299792458米,是宇宙中物质运动速度的上限,而光速不可超越则是出自于爱因斯坦的狭义相对论。在狭义相对论中提到:有质量的物体是不可能超越光速的,只能无限地接近光速,却永远都无法达到光速。

狭义相对论。

首先从要从爱因斯坦的质能方程E=mc²说起。在此方程中,物质的质量m和能量E是等价的,即物质的质量越大,其能量也就越大,同时也意味着物质所含能量越大,那它的质量也就越大,这也就是说当速度越来越接近光速的时候,质量将会增加。

当一艘飞船以90%的光速飞行,那它此时的质量是飞船相对静止时的两倍,并且还意味着其引擎也要加倍输出才能使飞船加速前进。

即一个物体的运动速度越大,其质量就会越大,那么维持其高速运行时所需的能量也就越大,当物体接近光速时,其维持接近光速运动的能量就趋近于无穷大,也就是质增效应,因此物体不可能达到光速。

其实从这个公式中,我们也可以发现,当物体的速度v为光速的时候,代入公式,分母为0,在数学中,这种情况下代表的是无穷大,也就是说这个时候,物体的质量是无穷大。

而当物体的速度超过了光速,根号里面的值就变成了复数,分母中的结果会产生虚数,而实际中,虚数的存在是没有实际意义的,因此不允许物体超过光速。

那为什么光可以达到光速呢?

光具有波粒二象性,从波的角度来看,光子具有两种可能的偏振态和三个正交的波矢分量,决定了它的波长和传播方向;

而从粒子的角度来看,光子静止质量为零,电荷为零,半衰期无限长。在相对论中,光子由于无法静止,所以它没有静止质量,只具有相对论质量(动质量),因此光子能够以光速运行主要是因为其静止质量为零。

但宇宙中也存在着一些超光速现象,并且也没有违背相对论,因为在相对论所中描述的”光速不能被超越”有个前提条件,那就是有质量的物质不能达到光速。

一、量子纠缠

指的是“A”和“B”两个粒子互为纠缠状态,如果将这两个粒子放置在相距几百亿光年的宇宙两端,只要A做了一个动作,B则会和A同步做相同的动作,反之亦然,这种信息传递被科学界认为是超光速的。

二、宇宙膨胀速度

根据当前的主流理论,宇宙来源于138亿年前的一场大爆炸,但我们目前可观测的宇宙半径为460亿光年,也就是说在过去的138亿年中,宇宙至少膨胀了460亿光年,这样计算的话,宇宙膨胀的速度至少为光速的3倍多。考虑到宇宙的实际大小还要远大于930亿光年,所以宇宙膨胀的速度还要快的多。

三、虫洞理论

虫洞(爱因斯坦—罗森桥)在上世纪30年代由爱因斯坦提出存在于宇宙之间一种连接两个不同宇宙时空的便捷通道,科学家也都对此抱有很浓厚的兴趣,因为虫洞可以作为“超光速”星际旅行的一种方式,而且虫洞理论也并没有违背相对论,因为它是通过改变空间结构来实现超光速的。

目前人类所创造的速度极限是由粒子对撞机中实现的,粒子加速器的原理是利用电场加速粒子,使用磁场将带电粒子控制在加速环中加速,即磁场、加速环越大,粒子获得的能量也越高。

在实验室内,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,而一个电子要比质子轻1836倍。

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。

宇宙有没有超光速吗?

光速被认为是宇宙中的极限速度,任何物体都无法超越光速。但在现实生活当中,宇宙中却存在着一些超光速的现象,打破了我们科学家们原有的认知。

众所周知,速度是代表物体运动快慢的一个物理量,从理论上来说,速度应该是无限的。

但在爱因斯坦的相对论中有这样描述:“一个有质量的物体,它的速度是有限的,速度可以无限地接近光速,但是却永远都无法达到光速”。

为什么光速不可超越?

对于光速不可超越的这一说法来源于爱因斯坦的狭义相对论,在狭义相对论中,任意一个物体的速度只能无限接近光速,无法超越。

也可以理解为,对于有静止质量的物体来说,不管它的质量是多少,都只能无限接近于光速,但是不可能达到光速。

为什么会这样呢?其实这在爱因斯坦的质能方程E=MC²中就有很好的解释,E表示一个物体所拥有的能量,M代表物体的质量,C代表着光速。从这个方程式中我们可以看出,能量与质量存在着一定的比例关系,质量越大能量也就越大。

反过来,物体的能量越大它的质量也就越大,其中也包括动能。换句话说,如果一个物体要想达到光速,随着速度越来越接近光速,质量也将会变得巨大。

比如当一艘宇宙飞船以90%的光速飞行,那它此时的质量是飞船相对静止时的两倍,这也意味着引擎必须加倍输出才能使飞船加速前进,因此飞船的速度越高,其能量也就越高,质量也会变得越大,此时飞船内的一切也会变得越来越重,这就是质增效应。

再来看牛顿的速度叠加公式,如果火车以4/5倍的光速运动,而火车上有一个人在以3/5倍光速在车上走,那么地面上看来:火车上人的速度应该是4/5+3/5,即8/5倍光速,大于光速。

但当火车以接近光速运动的时候,在车上的人自己感觉一切正常,不过从地面上视角来看,发现车上的人移动速度非常慢,所以车上的人在往前走,而在地面看来,根本不是3/5倍光速,而是远远比这个速度小很多。

在这个时候,车上的一切物理变化,化学变化等,其实在地面上的人看来都是非常缓慢的,因此地面上的人看火车上的人最终速度应该是等于4/5倍光速加一个远远小于8/5倍光速,总速度还是小于光速!

对于光速不可超越,更精确一点来说,是任何有能量和信息的传递速度不能够超过光速。

超过光速的现象。

一、宇宙膨胀速度

根据推测,目前我们宇宙的年龄为138.2亿年,而我们可观测宇宙的半径达到了460亿光年,也就是说在过去的138.2亿年中,宇宙至少膨胀了460亿光年。

这样计算的话,在过去的138.2亿年中,宇宙膨胀的平均速度至少为光速的3.32倍。也正是由于宇宙的超光速膨胀才使得现在宇宙的可观测直径达到了920亿光年。

二、量子纠缠

所谓的“量子纠缠”指的是,两个粒子在互相纠缠的状态之下,不管这两个粒子相距的距离是有多么遥远,其中的一个粒子做出什么动作的同时,另一个粒子也会相应的没有延迟的做相同动作。因此,距离对于这两个处于互相纠缠的粒子来说根本不是问题,而它们之间的联系机制也远远的超越了光速。

三、虫洞理论

虫洞这个概念最早是在1916年由奥地利的一位物理学家提出来的,又被称为爱因斯坦—罗森桥,是指宇宙中一种奇特的天体,用来连接宇宙遥远空间和时间的。

尽管目前没有什么证据来证明虫洞的真实存在,但科学家们预测虫洞会以时空端点之间的捷径形式而存在,如同一个时空隧道一样,可以实现瞬间转移,甚至还是超越时间和空间的一种通道。

总之,虫洞可以让两个距离相对来说很远的局部空间瞬间离得很近,这种瞬间是远远超过了光速的,然而目前的“虫洞理论”只是一种假设。

综上所述,对于这些超光速现象其实并不违背相对论,更准确一点的理解的话,可以说光速最快的速度限制所针对的是物质,而非空间。

所以这与光速不可超越的定义并不违背。但在宇宙中的还有很多现象是我们人类目前所不能理解的,因此只能说目前人类的进步空间还很大。

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