「光速不變」是什麼意思,是什麼限制了超光速現象

時間 2022-01-25 01:45:36

1樓:星球上的科學

大家應該在日常生活中應該都聽到過這樣一句話「光速在真空中是恆定的」,但是如果對愛因斯坦的相對論沒有了解的話,就會產生很多誤解。

比如在回答問題時總能遇到以下幾種問法:

把鐳射燈對著天空,鐳射的另一端的線速度不就超光速了?

如果有一根30萬公里的棍子,從另一端推一下,豈不是就超光速了?

把開啟著的手電筒扔出去,手電筒發出的光是不是就超光速了?

其實,速度的極限並不是光速,而現在,我們已經發現了宇宙中確實存在超光速現象:宇宙膨脹的速度,量子糾纏效應等。那麼,但為什麼這些現象沒有和相對論產生矛盾呢?

狹義相對論到底限制的是什麼?

狹義相對論的兩大基本假設。首先了解一下光速是怎麼來的。

19世紀,有一位偉大的物理學家麥克斯韋,他最大的功績就將電和磁進行了統一,並總結出了四條電磁方程,在真空中對四條方程求解,可以得到一條微分方程。

可以看出這個形式的方程就是波方程,通過代換,可以得到電磁波在真空中的速度,這個速度和當時人們測量出來的光速是一樣的,這也間接證明了的光也是電磁波的一種。

一般來講,速度都是相對的,需要選定參考系。那麼真空中光速是相對於什麼而言的?首先人們很自然的就想到了真空裡的介質,光速相對於真空中的介質,速度為c,並把這個介質aether(以太)當成宇宙中絕對靜止的參考系。

這就產生了一個問題:地球以每秒鐘30千米的速度公轉,那麼必然會受到每秒30公里的「以太風」,然後對光速產生影響,接著邁克爾遜和莫雷就做了一個實驗,為了測量出地球通過以太的速度。

而實驗表明:不管是射出光線和地球運動方向相同還是相反,測出來的光速都相同,也就是地球和它們設想的以太介質之間並沒有相對運動。

我們知道:在一個相對靜止的參考系中,物理現象是不變的。舉個例子:

人在地面跳一下和在運動的火車裡面跳一下,都還是會落到原地,就是因為人相對於腳下的地方是靜止的。然後愛因斯坦把它稱作狹義相對性原理。

基於兩大假設,狹義相對論中又提出以下幾個理論。

質增效應:意思就是說,對於一個有質量的物體,它的速度不可能等於或大於光速,因為在它加速的過程,越接近光速,質量就會越重。當達到99.

9%的光速的時候,物體質量也會增加到無窮大,再想加速,就需要無窮大的能量。而無窮大的能量在宇宙中是不存在的。

時間膨脹(鐘慢效應):物體運動的時候,它發生的一切變化,從參照系的角度來看都會變慢,這就是時間膨脹。舉個簡單的例子:

勻速運動的人身上的時鐘,用靜止的觀察者的時鐘去測量,不管運動方向如何,運動中的鐘都會隨著運動速度增加而變慢。

因果律的限制:能量和資訊傳遞速度的上限。這裡的因果關係和我們平時在生活中所說的其實是一樣的:

就是先有因後有果,在時間尺度上,結果的發生應該晚於原因。之所以說是定律,是因為這因果關係對我們來說,最熟悉不過了,更不會人會去質疑它。

而資訊就是用來把原因和結果聯絡到一起。如果在一個參考系中,資訊的傳遞超過光速,就可能出現某個觀察者先看到結果,之後才看到原因,這就違背了因果律。

我們可以想象這樣一個場景:開槍和擊中目標物體,假設子彈的飛行速度超過光速,再讓這兩個物體之間的距離,除以前因後果發生的時間差,然後就會發現結果是大於光速的。

這就意味著,對於一位旁觀者來說,他會先看到子彈擊中目標,然後才看到開槍然後子彈飛行的過程。這就違背了因果關係。

這裡還要再提一下,世界線的概念。舉個例子:地球繞太陽的執行軌道是一個封閉的圓,每年都會經過同一個點,而在四維時空中,因為加入了時間,經過每年都經過同一個點,但經過的時間一直在變化,所以地球的世界線會呈現像彈簧一樣的螺旋式,而並不會形成閉合的曲線。

而一旦違背了因果律,相對論也會受到影響,地球的世界線就會繞回到原點甚至出現交叉的時空曲線,這就意味著,我們可能回到過去,甚至進行時間旅行。

所以超光速的運動會違背因果律,畢竟在這個世界上,不可能有絕對同時發生的兩件事情。

這樣我們就能完美的解釋超光速現象了,宇宙膨脹的速度遠大於光速,但是空間本身的膨脹是不攜帶資訊的,量子糾纏效應也是。光速不可超越,具有一定的前提,超光速也並非不存在。

最後我們來總結一下。狹義相對論和因果律不允許資訊的傳遞速度超光速。

超光速現象之所以存在,是因為它們沒有違背狹義相對論的前提條件。

2樓:光是浪花

就算宇宙間有超光速我們也根本測不到,最後測量到的只是平均速度~光速,也就是說所謂光速既有可能高於標準光速、也有可能低於標準光速,最後疊加的結果就是被平均化的光速,我始終認為光速是時空能量密度的產物,並且過去與現在及未來的光速都會不同,只是誤差太小而不明顯而已,要是有上億年的時空變幻一定會產生較大的差別。

時空總是在運動中不斷變化,變化才是宇宙間的王道,我始終認為空間是物質質量在運動過程中散化的結果,而質量在散化為空間的過程中表現為能量~即呈擴張態,反過來說空間收縮轉化為質量是能量向質量的轉變,越小的粒子不斷的處於運動變化的頻率越快,(頻率在我的思想裡是空間在不斷收縮與擴張的反覆,或能量、質量不斷增加與減少的反覆)其量子特性就越明顯~質量不確定、動量及能量不確定的微觀世界,越大的物體是由無數微小粒子的疊加將變為一個平均化的狀態~質量幾乎不變、動量幾乎不變、能量幾乎無變化的巨集觀世界。

如果這種思想假若成立,就能很好的解開暗物質與暗能量的讓人困惑的迷底…那就是空間,科學家說在銀河星系的中心及邊緣其恆星繞心旋轉的線速度幾乎都在200公里/小時左右,這可與我們在太陽系觀察到的情況大相徑庭,行星離日越近線速度越快,越遠離太陽則越慢,這怎麼解決?先把牛頓先先的引力方程借用一下m·v·ⅴ/r=g·m·m/r·r將兩邊化簡得出ⅴ=g·m/r,想讓v等於一個常數只要m/r是個常數即可,很顯然只要空間不空是能量或質量化的空間,m與r的比值就是常數,要知道在銀河系太陽與相鄰恆星的距離至少有2-3光年的距離,儘管空間裡的能量或質量密度小但其龐大體形其總量並不少,而太陽系裡行星間最短的距離,只不過幾分鐘光速的距離,把空間轉化為質量的數值與行星自體的質量相去甚遠,所以才會出現銀河系恆星的線速度相差無幾,而太陽系行星的線速度卻與離日遠近相關的結論。

我總感覺空間、質量、能量是三位一體的東東,與熱力學中體積、壓力、溫度的三位一體的關係相近,僅僅只是猜想遭你鄙視並不奇怪,好了如你感興趣還是讓我回憶一下~我是怎麼得出運動的粒子為何會出現質量的增加與減少且在不斷振盪的?一天我突發奇想,一個在真空裡下落的粒子是受到了引力子的作用,那作用力與反作用力該如何表現呢?一個引量子作用在粒子上只要將對其作用的能量子吃一半再吐一半即可,用動能公式表述:

[(m十dm)(v+dv)(v+dv)-m.v.v]/2=c.

c.dm/2。m為粒子靜質量,dm為質量微增,dv為速度微增,c為光速,/是分子分母隔符,解這個微分方程得出隨速度增加質量增加為m/(1-v.

v/c.c),只要將上式中的dm變為-dm得出結果表述為隨速度增加質量減少為m.(1-v.

v/c.c)。當ⅴ不大時m/(1-ⅴ.

v/c.c)近似為m(1+ⅴ.ⅴ/c.

c),質量在增加到m(1+v.v/c.c)~與減少到m(1-ⅴ.

ⅴ/c.c)間反覆不斷振盪。這與科學家觀察到分子在其位置附近不停振動的想法是一脈相承的,更能解釋電磁波為什麼是縱波,那是電子在收縮與擴張的結果,以前上中學時始終不明白電壓代表什麼,現在我想說是電子的收縮與擴張產生的振盪頻率,頻率越高電壓越高反之亦然。

一個粒子由於運動會比靜止質量重(符合愛因斯坦相對論)也可能比靜止質量輕(既重又輕符合量子力學),當一群粒子速度接近光速時,既有少數變得非常重的粒子更多的粒子卻變得虛無,(這吻合了高能下量子自由的想法)當一個粒子質量變得虛無時虛無的主體自然而然就是空間,為什麼不能把粒子加速到光速?那是因為粒子在發生振盪,變得奇重無比的粒子突然間、鬼魅般化為一團煙幻化為空間,(這能解釋對撞機的能量越高耗損率越大)越大的空間將不可避免與其它物質產生相互作用,這那兒僅是把粒子加速到光速,簡直是想把整個宇宙都加到光速。

好了,不想多說假若你認為我說得有點道理請閱覽【為什麼我思,故我在?】https://mr.

由於我的知識遠遠不夠,很遺憾不能夠寫出一個解釋萬物的微分方程,要是有智者請繼續前進!

3樓:以太學

「光速不變原理」的解析。光速不變原理是狹義相對論成立的基本假設前提條件之一。光是作為以太的振動波,傳播速度隨著以太的密度變化而變化,在相同的以太空間內的傳播速度是相同,無論光源是如何運動,它瞬時引起以太的振動的傳播速度是相同,「光速不變」準確說應該是「光在相同的以太空間內的傳播速度是相同」,這種速度相同是指相對傳播介質——以太而言的,如果觀察者相對以太是靜止的,那麼,從觀察者角度測量所有光源的光速也是相同,不僅是「光速在真空中不變」。

這種原理和聲音的傳播原理一樣,是一種振動波在介質中傳播的特徵,是對「光是以太振動波的傳播」的很好證明,而如果「光是光子的運動」如何有這種特徵!以太是一種超流體,天體長期執行中,和以太相互影響,天體的運動和周邊以太的運動基本保持一致,相對靜止,地球的自轉與周邊的以太相對速度為零,邁克爾遜-莫雷實驗的假設條件——「以太的絕對靜止」是不成立,這是邁克爾遜-莫雷實驗零結果的原因,邁克爾遜-莫雷實驗不能證明一個相對以太有運動速度的觀察者,所測量的光的相對速度還是不變的,更不能證明以太的不存在,只能說明以太具有超級流動性的屬性。狹義相對論只是利用了「光在相同的以太空間內的傳播速度是相同」產生各種現象,偽證了光速相對任何物體不變的「光速不變原理」,狹義相對論這種「光速不變原理」假設前提條件是不成立的。

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