爱因斯坦说:光速不可超越,可宇宙为什么在超光速膨胀?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-05

爱因斯坦是人类历史上最伟大的物理学家之一,在上世纪初叶,他凭一己之力创立了现代物理学的两大支柱之一的相对论。

 

相对论中有很重要的一条物理准则就是:光速不可超越。

 

光其实就是电磁波。光速就是光在真空中的运动速度,是一个精确值,为299792458 m/s 。它是宇宙中的速度极限,任何物质的运动速度都不可能超越光速。并且,任何有质量的物体的运动速度都只能无限接近光速,在宇宙中只有那些静止质量为0的物质的运动速度才能达到光速,光子的静止质量就为0。

 

此外,光速与观察者和光源的运动速度无关,和光的传播方向也无关,这叫做光速不变原理。这一点从麦克斯韦方程组就能推导出来。这意味着,你扔出一个发光的手电筒,手电筒发出的光的速度并不会改变。

 

说到光速不可超越,有些人就不同意了,比如两人以60%的光速相向而行, 那么这两个人的相对速度岂不是达到了1.2倍光速。这看起来似乎很有道理,其实不然,因为在高速运动状态下,速度的合成要遵守洛伦兹变换。之所以这样,是因为高速运动的物体会对时空产生影响。只有在低速运动状态下,速度的合成才能符合伽利略变换。

 

科学家认为,我们的宇宙起源于一次特殊的大爆炸,宇宙最初是一个体积无限接近于零的奇点,爆炸后一直都在膨胀。宇宙诞生至今已经138亿岁了,经过漫长的膨胀,现在宇宙的直径至少为930亿光年。

 

细心的朋友可能都会发现一个问题,宇宙只有138亿岁,可直径却有930亿光年,那岂不是说宇宙的膨胀速度超过了光速。

 

既然光速不可超越,那为什么宇宙的膨胀速度能够超越光速?这不是自相矛盾吗?

 

但细心一想,科学家们如此聪明,学识渊博,肯定不会犯这种低级错误,必然是我们的理解出错了。

 

其实,整体上来看,宇宙的膨胀速度确实超越了光速。不过从局部来看,这些星系的运动速度并没有超过光速,只是遥远星系相对于银河系的退行速度超越了光速。如果从另一端观察银河系,你会发现银河系也在以超光速退行。

 

之所以产生这种现象,是因为宇宙空间处处都在均匀的膨胀。

 

这就好像吹气球一样,随着气球的膨胀,分布在上面的星系也会相互远离,只是靠得近的分离的比较慢,相距越远的分离的也越快。

 

打个比方,就拿一把100毫米长且布满刻度线的直尺来说,若直尺1秒内突然膨胀成200毫米长,那相邻刻度线间的距离就由原来的1毫米变为2毫米了,这意味着每条刻度线两侧的相邻刻度线都在以1毫米每秒的速度远离它。若你站在零刻度线观察,那么你会发现,离你越远的刻度线,远离你的速度也就越快,其中100毫米刻度线相对于零刻度线在1秒内移动了100毫米,而1毫米刻度线相对于零刻度线只在1秒内移动了1毫米。这就是均匀膨胀过程中因距离产生的速度叠加效果。

 

为什么科学家认为是宇宙空间在膨胀,而不是星系本身在向远处高速运动?这是因为远方的星系都在远离我们,并且各向同性,退行速度与距离成正,星系的运动不可能如此步调一致,这只能用宇宙膨胀来解释。其实,自从上世纪哈勃发现远方星系整体都在红移,就已经认定了是宇宙在膨胀,

 

根据科学家的观测,宇宙空间每百万秒差距(约326光年)上的膨胀速率约为70千米每秒。也就是说,星系和观察者之间的距离每增加326万光年,每秒相对于观察者的退行速度就会增加70千米。这个膨胀速率被叫做哈勃常数,这是为了纪念哈勃首先发现了宇宙膨胀。

 

若每百万秒差距(Mpc)换算成1光年,宇宙膨胀的速率就仅为2.1厘米每秒。而在光年这种小尺度空间里,引力才是主导力量,所以星系并没有因宇宙空间的膨胀而被撕裂。

 

不过,科学家通过长期的观测发现宇宙不仅在膨胀,并且在暗能量的作用下加速膨胀,这意味着宇宙膨胀的速率还会增加。如果这个趋势不变,未来不仅星系会被撕裂,整个宇宙都会步入大撕裂的命运。

 

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因为神秘的宇宙让爱因斯坦也是非常的好奇和难以捉摸的,毕竟人类世界的很多的东西和现象都是人类现在难以解决的和弄清楚的。

因为爱因斯坦的广义相对论也有适用范围,随着宇宙探索的科学发现,人类发现宇宙太过庞大了,我们置身其中只是渺小的存在,很多星系正在快速飞离我们,超过光速消失

依据相对论的原理,静止质量的物质速度都是无法超越光速的。但是宇宙的膨胀会导致两个天体之间的退行速度超过光速,当天体之间的距离越远,退行速度就相应越高。

  • 宇宙中有超过光速的速度存在吗?
    答:然而,在现实生活中,宇宙中存在一些超光速的现象,挑战了科学家们的认知。速度是代表物体运动快慢的物理量,理论上速度应该是无限的。然而,在爱因斯坦的相对论中描述:“一个有质量的物体,其速度是有限的,可以无限地接近光速,但永远无法达到光速”。为什么光速不可超越?这一说法源自爱因斯坦的狭义相对...
  • 为什么爱因斯坦说光速不可超越?能证明吗?
    答:请你们不要误导问问题的人好吗?请认真严肃地对待这个问题 不要再说那些不可理喻的答案!你们如果真的是从相对论的角度出发的 那你们要记住一点 爱因斯坦相对论的前提是 光速是一切速度的极限,光速不可超越 当你的速度接近光速时,(如:0.999倍光速时)你将会产生时间延缓(22.4个单位)但是你无法...
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    答:而这其中诞生了很多的伟人,例如爱因斯坦。而爱因斯坦指出,任何物质的速度都无法超越光速,该如何理解这句话?这其中的原因大概有以下几点。一、关于目前我们人类所能制造的最快速度的产品。首先第1点就是关于目前我们人类所能制造的最快速的产品,莫过于我们现在向外太空等地区发射的美国的卫星探测器朱诺...
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  • 爱因斯坦凭什么说光速是宇宙之中最快的?
    答:即:任何物质,它们穿越空间和穿越时间的合速度,都是等同于光速。 光速是上限,是时空合速度 爱因斯坦还指出,任何物质在运动或者传递信息的时候,都不能超越光速。光速就是宇宙之中一切物质运动的速度上限。这个观点,已经得到了全世界科学界的集体认同。 在过去,有很多自媒体的新闻报道,说观测到中微子的运行速度超越了光速...
  • 光速无法被超越,其根本原因是什么?
    答:光速一直以来都是一个老生常谈的话题,我们也会经常在科幻电影中看到利用虫洞或其他技术让飞船实现亚光速飞行进行星际旅行,不过以目前的科学理论来说,这些科幻技术是不可能实现的。光速每秒299792458米,是宇宙中物质运动速度的上限,而光速不可超越则是出自于爱因斯坦的狭义相对论。在狭义相对论中提到:有...
  • 爱因斯坦说有质量的物体不可能达到光速,又说宇宙膨胀超过光速,自相矛盾...
    答:并不矛盾,相对论要求的是有效信息传递速度不能超过光速,宇宙膨胀虽然超过光速,但是并不能用来传递有效信息。爱因斯坦在1905年建立狭义相对论,以光速不变原理和狭义相对性原理为基础,推导出物体运动速度不能超过光速,而且有静止质量的物体不能达到光速,只能无限接近光速。其实早在麦克斯韦建立电磁学方程组...
  • 爱因斯坦狭义相对论中的光速为什么不能被超越?
    答:但是爱因斯坦狭义相对论中的光速为什么不能被超越?因为光速相当于我们宇宙的规定,超越光速就相当于可以穿越,打破“游戏规则”。我们都知道世界上最快的速度也断不可能和光速相比,而爱因斯坦提出的光速不可被超越的观点就相当于在创作相对论的时候就把光速比作了一个对比,而近几十年也没有理论...
  • 为啥不能超光速?爱因斯坦:超光速会导致时间倒流,因果律崩溃
    答:19世纪末到20世纪初,物理学迎来了一轮新的变革,以牛顿为代表的 古典物理 ,开始逐渐让位于以爱因斯坦为代表的 现代物理 。而现代物理学最先确认的一条规律就是: 真空光速不变且不可被超越 ,也就是说每秒30万公里就是宇宙中信息传递速度的上限,不论未来以何种介质去传递信息,...