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光速并非光的专利,它是宇宙的极限速度,速度为什么有极限?

 无上科学信仰 2021-11-07

光速为每秒299792458米,但能够达到这个速度的并不仅有光,任何不具有静止质量的物质都能够并只能够以这个速度移动,比如引力波和电磁波。

而具有静止质量的物体,无论它的质量多么微小,也无法达到光速,即便是静止质量只有9.109X10∧-31千克的电子也是一样。科学家们曾经在国际大型正负电子对撞机中将电子加速到了每秒299792457.9964米,可就是差了这么0.0036米而达到不了光速,这是为什么呢?如果从爱因斯坦所给出的狭义相对论入手,我们很容易得到这个问题的答案,当有质量的物体开始运动的时候会产生一个“惯性质量”,而这个惯性质量与我们所熟悉的“引力质量”是等效的,随着物体运动速度的提升,物体的惯性质量也会随之提升,从数学角度来讲,当物体的运动速度达到了光速,物体的惯性质量也就达到了“无穷大”,而这无穷大的惯性质量也就等于无穷大的引力质量。

没有什么能够承载得了一个“无穷大质量”的物质,即便是整个宇宙也不行。

更为关键的一点是,如何才能够驱动一个拥有无穷大质量的物体呢?当然是需要“无穷大的能量”,宇宙很大,宇宙中所蕴含的总能量也很大,但无论如何,宇宙中也不可能拥有无穷大的能量,所以自然也不可能驱动一个拥有无穷大质量的物质。通过狭义相对论和质量方程,我们可以非常清楚地了解有质量的物体无法达到光速的原因,但这个原因是“算”出来的,更多的意义停留于数学层面,而在现实世界中,我们却仍然觉得“达到光速”、甚至“超越光速”是有可能做到的,毕竟我们与光速已经如此接近。

的确,电子在国际大型正负电子对撞机中已经被加速到了每秒299792457.9964米,是不是有可能再快一点呢?

是否能够让电子运动得更快,本质上只涉及到一个问题,那就是能量,要提高一个物体的运动速度,就需要为其输入更多的能量,那么我们能不能再给对撞机加一把力,让它转得更快一些呢?以人类目前的能力可能是无法做到了,但人类无法做到,并不等于宇宙无法做到。

对撞机对于人类而言,是一个庞大的设备,但对于宇宙而言却十分渺小,不要说一部小小的对撞机,即便是整个地球、整个太阳系、乃至整个银河系,都不过是茫茫宇宙之中的沧海一粟,在宇宙中存在着很多强大的天体,这些天体无时不刻在进行着剧烈的天体活动,而这些活动所释放的能量与对撞机完全不在一个级别上。

宇宙中有哪些剧烈的天体活动?恒星氦闪、超新星爆发、中子星碰撞,这些都是常见的剧烈天体活动,在宇宙之中,这些天体活动每时每刻都在发生着。

而要说宇宙中最为强大的天体,当然要属黑洞了,而黑洞活动所释放的能量更是其它天体活动所不能比拟的。黑洞拥有极为强大的引力,这股引力会致使周围的物质坠入其中,当大量物质坠入黑洞的时候,黑洞会喷射出火焰般的喷流,这股喷流定向、狭长,且速度极高,所以又被称之为“宇宙火柱”。那么黑洞喷流的能量到底有多强呢?一般认为极限的黑洞喷流,能量可以达到10∧19ev,ev表示“电子伏特”,是能量单位。那么10∧19ev有多大呢?来和国际大型正负电子对撞机比一下吧,对撞机的能量约为10∧9ev,可见完全不在一个级别上。

能量为10∧9ev的对撞机都可以将电子加速到每秒299792457.9964米,能量为10∧19ev的黑洞喷流难道还补不上那0.0036米吗?

还真就补不上,根据目前的观测和计算,黑洞喷流所产生的高速物质流非常接近于光速,但依旧没有达到光速,这到底是为什么呢?后来,科学家们通过在地球上接收到的宇宙射线,发现所以接收到的质子都存在着一个能量阈值,也就是说尽管剧烈的天体活动所释放的能量是巨大的,但质子最终所能够携带的能量却是有限的,而想要通过有限的能量将自身推进到光速,自然是不可能的。

那么为什么质子所能够携带的能量是有限的呢?关于这个问题,目前还无法定论,但有科学家认为质子在宇宙中运动的时候可能与光子发生了相互作用,导致了最终能量的减少。

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