光速限制是狭义相对论定下的藩篱 与宇宙膨胀量

2019-05-28 作者:科学研究   |   浏览(74)

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有人常常质疑爱因斯坦狭义相对论关于光速限制的理论,认为既然光速不可超越,为什么科学界又老说宇宙膨胀和量子纠缠是超光速的呢?宇宙膨胀超过光速与物质运动不能超过光速是两码事,不能一勺烩。

光速藩篱是爱因斯坦狭义相对论的一个理论,也是一个原则。这个原则包括这么几层意思:1、宇宙中光速是最快的,凡有静止质量的物质都无法达到光速,一个质子也不行;2、光速在真空中是恒定的,每秒约30万公里,是不变的;3、光速不可超越,光速与任何速度叠加,包括两束相互射过来的光叠加,其速度还是光速,适用洛伦兹变换公式。

狭义相对论认为,任何具有静止质量的物体达到光速,其动量都会变得无穷大。无穷大是什么意思?就是整个宇宙质量也不是无穷的,所以这只能是一个悖论。无数的实验和观测已经证实了这个结论。

所以说这个世界上没有物质运行速度能够达到光速,更不能超过光速。现在与光速可能持平的运动现象有引力波和中微子,它们都没有静止质量。为什么说可能呢?因为对于中微子速度的测量还没有一个精准的数据,有可能是接近光速而非达到光速。

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人类发现得超光速的现象有量子纠缠和宇宙时空的膨胀。

量子纠缠的实质是当几个粒子相互彼此作用后,每个粒子的特性中已经含有整体性质,它们不管分开多远,这种性质都是保留的,这就叫纠缠态。根据这种状态,观察这个粒子状态,就知道远方另一个粒子的状态,这就是所谓的超光速。其实这种超光速并非信息的传递,更像是早就设定好了的,就像把一双手套分开,这边放了一只左手手套,另一边只能是右手手套了,因此与光速限制原则无关。

那么为什么宇宙膨胀又会超过光速,而且不受光速藩篱限制呢?这是因为宇宙膨胀是时空本身的膨胀,也就是装我们这些物质的袋子或者背景在膨胀,我们已知的所有物质都是在这个时空里活动的,物质运动本身不能超过光速,并不能够限制这个装着物质的袋子膨胀。

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当然袋子的描述并不一定与宇宙实际状态相符,一些科学家更乐意把宇宙比喻为一张巨大的膜,就像气球,这些星系和恒星就粘在这张膜上,或者说在气球的表面,随着膜的扩展,这些星系就会跟随着相互分开远离。

宇宙膨胀超过光速是指整体的膨胀,而不是指星系之间相互离开的速度。距离最近的星系实际上相互离开的速度并不快,欧州航天局2013年用普朗克卫星精密测量的哈伯常数为67.80±0.77/Mpc,就是说在太空中距离我们百万秒差距的星系每秒钟离开我们的速度为67.8公里,正负误差0.77公里。秒差距是天文距离单位,1个秒差距约3.26光年。

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宇宙膨胀速度是各项同性、与距离严格成正比例加速的,因此不管从那个方向看,同等距离的星系离开我们的速度都是一样的。

距离我们326万光年处的速度为每秒67.8公里,那么距离我们1光年距离的膨胀速度就只有0.02米/每秒。宇宙半径有465亿光年,最远处的星系远离速度就是96.7万公里每秒,就是光速的3倍多了。

就像是一个气球,在气球上的两个靠近的小点分开了1厘米,但整个气球直径就远远扩张了不止1厘米了。

jin2055金沙网站,这些星系都是粘在时空这张膜上跟着膨胀的,它们自己并没有运动,因此并不能说是这些星系运动超过了光速,所以就不受光速限制了。

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而星系本身的运动是受引力相互影响制约的,与宇宙膨胀并不一致,所以附近的星系有可能会由于引力作用不但不分开,还会不断靠拢。

比如我们银河系和仙女座星系,就正在以每小时约300公里的相对速度靠近,大约在30亿年以后会发生碰撞,合并成一个椭圆星系。但总体上,它们都在时空膨胀这张大膜上,不断与其他星系拉开距离。

这就是宇宙膨胀与光速运动的关系,它们是两条道上跑的车,各走各的路。

人类经历了几百年的观测和验证,现在又有了大型加速器的验证,迄今为止,没有发现有物质运动有达到光速的情况,因此爱因斯坦狭义相对论的光速理论是正确的。时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,欢迎大家共同探讨。原创版权,请勿侵权,谢谢理解与合作。

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