新聞 > 科教 > 正文

為什麼速度不能超過光速?當速度接近光速時 會發生什麼?

為什麼當速度達到光速時,時間會變慢呢?一個通俗易懂的解釋是

我敢肯定你曾聽過任何事物的速度都不能超過光速的理論。(這個理論不完全正確。宇宙的膨脹速度允許快於光速,但這屬於另一個領域。)你應該也了解當你的速度越接近光速,時間就會越慢。要知道,一對雙胞胎以光速到達半人馬座α星,然後經過80000年再回來,但是他們卻只老了3個月。

是否想過為什麼?先來看一點物理常識。

在宇宙中的一切都以光速移動

時間膨脹:狹義相對論描述了所有運動的規律:任何物體在空間里的運動速度與他在時間裏的運動速度之和正好等於光速。

這個理論是正確的,對於一切事物,包括你、我、你正在注視的電腦屏幕,你奶奶的法式吐司麵包、聖誕老人……一切事物。

一切事物穿越於時空中:空間(我們生活的三維空間和M-弦理論里預測的9維空間)和時間。空間與時間的所有運動之和一定等於光速,一定!

由於你必須以光速這個常量來持續運動,當你在空間中增加運動速度時,你在時間中就會減速。

你的腦袋(以及你其餘的身體部分)可以說在時空中正以光速運動,但是當你的身體在休息(不是加速)時,你腦袋裡所有的思維活動只是在時間上運動,並沒有在空間里運動。每次你的腦袋在空間里的移動,比如在汽車、飛機或者宇宙飛船中,甚至是上下點頭的動作,在時間裏是不存在的因為它正在空間中移動,很酷是吧!

那麼光呢?

由於光波以光速將所有的運動都用在空間,所以在時間裏他們當然沒有任何運動。每一個光子從產生便處於沒有年齡的狀態,宇宙是有年齡的,而光沒有!

從慣性角度來看,所有慣性之所以存在就是因為沒有加速度。只要沒有加速度,不管粒子速度是c(光速)還是小於c(光速),都無關緊要。

至關重要的不是c(光速),而是其他。這個其他就是光子的固有慣性。

一個光子的慣性是非常非常小的,事實上,它小到當對光子施加力時都沒有任何阻力。因此,一個光子不能被加速。

光子慣性的微小才是它真正的極限特徵,這個極限特徵被錯誤的表達為光速。

光的固有慣性非常小,因此光速只能達到c。其實任一物體的速度都被其固有的慣性所限制。

因此,達到或者超過光速的唯一途徑就是設法將運動物體的慣性減小到和光子的慣性一樣或者更小。以下是邏輯推理:

愛因斯坦的慣性理論保留了牛頓原義。然而,這一慣性理論或許可以延伸應用於無質量物體的運動。

光表現為一種最基本運動形式。光是由振蕩的電磁場組成的。形成電磁場會遭遇阻力,這種阻力分別被稱為介電常數和磁導率。由於光沒有質量並且在沒有介質的真空中傳播,所以這種阻力可以被看作光的固有性質。因此,光有慣性。慣性可以有如下定義:

慣性是運動維持現狀的固有趨勢。

參考麥克斯韋方程組,光的傳播速度與介電常數和磁導率乘積的平方根成反比。因此慣性可以用來定義光速,我們可以如此解釋:

慣性定義運動的邊界。由於慣性的存在,光的傳播速度並不是無限的。

我的觀點是,影響光的傳播速度的是物體的頻率,這包含了根據物體的德布羅意波長計算得到的頻率。

具有遠遠大於可見光頻率的任何物體或者現象是無法達到可見光的傳播速度的。這使得任一固體的速度根本不可能達到光速。

責任編輯: 王和   來源:探索日記 轉載請註明作者、出處並保持完整。

科教熱門

相關新聞

➕ 更多同類相關新聞