如果你的旅行速度超过光速会怎样?

由:威廉•哈里斯帕特里克·j·基格|
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越接近光速,世界就越奇怪。Melmak / 65图片/ Pixabay

当我们还是孩子的时候,我们对超人的速度“比子弹还快”感到惊讶。我们甚至可以想象他在追赶武器发射的炮弹,他的右臂伸出来,披风在身后荡漾。如果他以一半的子弹他的速度,子弹离开他的速度就会减半。如果他确实比子弹跑得快,他就会超过子弹,走在前面。去,超人!

换句话说,超人的空中动作服从了牛顿的时空观:空间中物体的位置和运动都应该相对于一个绝对的、不移动的参照系是可测量的[来源:Rynasiewicz].

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20世纪初,科学家们坚持牛顿的世界观。然后是一位德国出生的数学家和物理学家阿尔伯特·爱因斯坦它的出现改变了一切。1905年,爱因斯坦发表了他的著作狭义相对论,这篇文章提出了一个惊人的观点:没有首选的参照系。一切事物,甚至时间,都是相对的。

他的理论有两个重要的基础。第一种观点认为,同样的物理定律同样适用于所有不断移动的参照系。第二种说法是,光速——大约每秒18.6万英里(每秒30万公里)——是恒定的,与观察者的运动或光源无关。根据爱因斯坦的理论,如果超人以一半光速去追逐一束光,那么这束光将继续以完全相同的速度远离他[来源:斯坦AMNH.org].

这些概念看似简单,但它们有一些令人费解的含义。其中最大的一个是由爱因斯坦著名的方程E = mc²表示,其中E是能量,m是质量c是光速。

根据这个方程,质量和能量是同一物理实体,可以相互转化。由于这种等价性,物体由于运动而产生的能量会增加它的质量。换句话说,一个物体运动得越快,它的质量就越大。只有当物体移动得非常快时,这一点才会变得明显。例如,如果它以光速的10%移动,它的质量只会比正常情况下多0.5%。但如果它以光速的90%移动,其质量将翻倍[来源:LBL.gov].

当一个物体接近光速时,它的质量急剧上升。如果一个物体试图以每秒18.6万英里的速度移动,它的质量就会变得无限大,移动它所需的能量也会无限大。因此,任何普通物体的速度都不可能达到或超过光速。

这回答了我们的问题,但让我们来玩一下,稍微修改一下这个问题。

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几乎和光速一样快?

我们讨论了最初的问题,但如果我们把它调整为“如果你旅行呢?几乎和光速一样快?”在这种情况下,您将体验到一些有趣的效果。一个著名的结果被物理学家称为时间膨胀,它描述了物体快速移动时,时间走得更18新利最新登入慢。如果你乘坐以光速90%的速度飞行的火箭,你的时间流逝就会减半。你的表只前进了10分钟,而地球上的观察者却要走20多分钟[来源:五月

你还会体验到一些奇怪的视觉效果。其中一种结果叫做像差它指的是你的整个视野会缩小到航天器前方18新利最新登入的一个狭小的隧道形“窗口”。这是因为光子(那些极其微小的光包)——甚至是你身后的光子——似乎是从正向进来的。

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此外,你会注意到一个极端多普勒效应这将导致你面前恒星的光波聚集在一起,使物体呈现蓝色。你身后的恒星发出的光波会散开,呈现红色。速度越快,这种现象就越极端,直到航天器前方和后方的恒星发出的所有可见光完全偏离了已知的可见光谱(人类可以看到的颜色)。当这些恒星移动到你可感知的波长之外时,它们就会变黑或消失在背景中。

当然,如果你想比加速的光子跑得更快,你需要的不仅仅是我们几十年来一直在使用的火箭技术。

在2021年3月的一篇论文中发表在《经典与量子引力》杂志上,天体物理学家Erik Lentz德国Göttingen大学的教授提出了重新排列时空以创造一个曲速气泡的想法,宇宙飞船可以在其中以超光速飞行。

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最初发表于2011年7月21日

光速常见问题

有比光速更快的东西吗?
不,没有。当一个物体接近光速时,它的质量急剧上升,以至于物体的质量变得无限大,使它运动所需的能量也无限大。由于这种情况仍然是不可能的,所以任何已知物体的速度都不可能达到或超过光速。
18新利最新登入光速以英里为单位有多快?
真空中的光速是每秒299792公里,换算成每秒186282英里。假设,这意味着如果一个物体可以以光速飞行,那么它可以在一秒钟内绕地球7.5圈。
为什么c是光速?
在爱因斯坦的方程中,真空中的光速用小写的“c”表示“常数”,或者来自拉丁语“celeritas”,意思是“速度”的2次方(平方)。
地球上的光速是多少?
光的速度可能会变慢,这取决于它穿过的是什么。当光与任何物质接触时——甚至是灰尘——都会发生弯曲,导致速度轻微下降。也就是说,光穿过地球大气层的速度几乎和真空中的光速一样快。

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