06.02 光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

學過物理學的同學們,心中都有一種默認的“真理”:

那就是宇宙的速度極限是光速,沒有任何速度可以超光速!前有麥克斯韋的方程組暗示著光速不變,中間有邁克耳遜莫雷實驗給予的實驗支持,最後有愛因斯坦的狹義相對論提供的理論驗證。可以說,在現代人的心中光速不變是亙古規律,光速極限也是永恆概念!

筆者做了這麼多年科普,自然明白光速極限在讀者心中難以撼動的地位。但我深知,讀者對光速還有很多誤解。光速不變必須要加一個限定詞才能嚴格成立!

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

高速影像下的光速

這就是:物質的運動速度極限是真空中的光速。(下文中的光速就代表著真空中的光速)

這就暗示:

  1. 有靜止質量的物體運動小於光速。
  2. 能量和信息的傳遞不可突破光速。

這很好理解,相對論中的光速只是限定了客觀物質現象的速度極限,不包括非物質自然現象的速度極限!

非物質的自然現象也有速度的概念。比如量子糾纏,其雖遠超光速,但不可以傳遞信息和能量,固不違背相對論!

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

宇宙前期的加速膨脹是空間膨脹,不牽扯物質運動,顯然這種超光速不違背相對論!

電磁波的相速度也是超光速現象。光速就相當於電鑽頭前進的速度,而相速度相對於電鑽頭旋轉的速度。相速度超過光速只是一種非物質的速度現象,固然不可傳遞信息。所以也不違背相對論!

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

還有一種速度是這樣的。如果我把一雙手套隨機放到兩個相同的盒子裡。不打開盒子,我是不知道左手套在其中哪一個盒子中。如果我把一個盒子放在地球上,另一個盒子帶到火星。當我打開地球上的盒子,發現為右手套。那我同時就知道遠在火星上的盒子為左手套。其實這也是一種速度概念,顯然這個例子的中人對火星上盒子“內部信息”的解讀速度是超光速的。但並不違背相對論。

我們知道,狹義相對論的時間膨脹,質速關係,和長度收縮公式是建立在洛倫茲變換的基礎上的。

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

這三大公式分別度量了物質在不同慣性系之間的轉換。分別度量了最基本的三個物理量:時間,空間和質量。

為什麼我一定要說信息和能量的傳遞不能超過光速?

首先你要仔細的想,什麼是信息?什麼是能量?

聲波可載信息,光波(電磁波)亦可載信息!聲波是物質震動的規律性傳導,所以必須有物質充當其介質!光波之所以可以在真空中傳遞信息,是因為光波中就有光子這樣的傳播子。人類可以把信息刻錄在光子的運動頻率中。

而能量就是物質運動的一種轉換而已。比如太陽每天射向地球無數個光子,這些光子和空氣分子撞擊,被吸收。導致空氣分子運動劇烈程度提高,進而體現出溫度升高,這就是能量的傳遞!我們很容易得出:所有的信息和能量傳遞必須有物質的參與!

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

而我們都知道,狹義相對論意味著:物質運動的越快,其質量越大,其維持加速運動的能量就得越大,有靜止質量的物體即便用上全宇宙的能量都不可能加速到299792458... m/s。靜止質量為0的光子只能以光速運動,這是自然事實,不要問為什麼?大家這時候就要好好想一想,既然人家沒有靜止質量的光子頂多才能以299792458... m/s的速度前進。而有靜止質量的其他物質,其越加速質量越大,達到光速前,肯定會大於光子的運動質量,那麼你再怎麼加速都不可以超過光速了!

光速絕不是宇宙的速度極限!這裡存在著一個誤解!

因為光子就是物質,它的速度就是光速,而只有物質才可以傳遞信息和能量,所以信息和能量的傳遞不可以超過光速!


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