不过,在绝大多数情况下,我们还是可以说光速就是每秒30万公里。我们还未观察到过、或者造出过能与光速媲美、甚至超过光速的东西。下文中提到了一些特殊的案例,但在此之前,让我们先来解决另一个问题:为什么光速这么重要呢?
答案与一位叫做阿尔伯特?爱因斯坦的男人有关。他的狭义相对论对这一速度上限引发的许多后果进行了探讨。
该理论最重要的观点之一是,光速是一个常量。无论你身在何处,无论你速度多快,光传播的速度始终保持不变。
但这也带来了一些概念上的问题。
光从太阳来到到地球上。想象一下这样的场景:手电筒的光柱投射到一艘静止的宇宙飞船的天花板上。光线先是朝上,被镜子反射回来,然后投射到地板上。假设光线经过的距离为10米。
然后再想象一下,宇宙飞船开始以超高速运行,速度为每秒数千、甚至数万公里。你打开手电筒之后,光线的运动方式看上去和之前一样:先是往上走,然后被镜子反射回来,投射到地板上。但由于镜子此时正和宇宙飞船一起高速运行,要实现这样的效果,光线的运动轨迹必须倾斜于地面,而不是垂直于地面。
因此光线经过的距离比之前增加了。假设这段距离增加了5米,光线经过的总距离就变成了15米,而不是之前的10米。
不过,虽然这段距离增加了,根据爱因斯坦的理论,光速仍然是不变的。速度等于距离除以时间,既然速度不变,距离增加,时间应该也增加了才对。
不错,时间本身也被拉长了。这听上去很异想天开,但实验已经证实了这一点。
这种现象名叫时间膨胀效应。这意味着对于在高速运行的汽车中的人来说,时间过得比静止时要慢一些。
例如,国际空间站相对地球的运动速度是每秒7.66公里,对于宇航员来说,时间比地球上慢了0.007秒。
而套用到粒子身上,事情就更有趣了。比如上文提到的电子,它们可以以接近光速的速度运行。对于这些粒子来说,时间膨胀效应就更明显了。
其它星系正在离我们而去。牛津大学的一名实验物理学家史蒂文?科尔斯海默(Steven Kolthammer)用渺子举例说明了这一点。渺子十分不稳定,很快就会分裂成其它更简单的粒子。按照它们的衰变速度,大部分渺子在离开太阳之后,等到抵达地球时,就应该已经衰变了才对。但事实上,仍有大批渺子能成功抵达地球。长时间以来,科学家一直对这一点感到大惑不解。
“原因是渺子在诞生时的能量极其巨大,因此渺子能够以接近光速的速度运行,”科尔斯海默说道,“所以对于它们而言,时间其实放慢了不少。”
渺子之所以能“存活”得比我们以为的更久,靠的就是实际存在的、天然的时间弯曲效应。
当物体相对于其它物体的运动速度更快时,它们的长度也会收缩。时间膨胀效应和尺缩效应都是时空根据物体的运动状态发生改变的例子。比如你,比如我,比如宇宙飞船,物体只要有质量,就会出现这些现象。
但爱因斯坦指出,最关键的是,光不会受到这些效应的影响,因为光没有质量。正是因为这一点,这些定律之间的统一才那么重要。如果有什么东西的运动速度超过了光速,它们就会与宇宙运作的基本法则相违背。
但也有一些例外的现象。
首先,虽然我们还没观察到有什么东西能超过光速,但这并不意味着,在非常特殊的情况下,理论上是无法打破光速的限制的。
宇宙膨胀就是一个例子。宇宙中有一些星系,它们从彼此身边逃离的速度就超过了光速。
另一个有趣的例子则与粒子有关。这些粒子无论相隔多远,似乎都能同时表达出相同的特性。这一现象叫做“量子纠缠”。从本质上来说,光子可以在两种状态间随机转换,但如果两个光子之间存在量子纠缠的话,其中一个光子的状态将恰好与另一处的光子完全相同。
因此,如果两名科学家各负责观察一个光子,他们就能同时得到相同的结果,而这一速度是超过了光速的。
如果虫洞存在的话,我们可以对其加以利用。【免责声明】本文仅代表作者个人观点,与IT09数码网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。您若对该稿件内容有任何疑问或质疑,请联系本网将迅速给您回应并做处理。