太空中最快的速度不是光速,超光速现象都有哪些?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-05
光速是不是最快的速度呢?宇宙中有哪些超光速的速度?

如果要问宇宙中什么东西的速度最快,相信幼儿园小朋友都知道“光”的速度是最快的,也正因为光的速度最快,所以在宇宙尺度下一般都采用光年作为距离尺度,而且经过多年的实验研究,“光速不可超越”和“光速真空恒定”,已经成为了一个公认的事实。


但是你知道吗,其实从某种角度上来看,光速并非宇宙中最快的速度,还有许多速度实际上是超越了光速的。那么为什么会出现这种情况呢?这是不是代表“光速不可超越”这条定律出现了错误?
事实上这个条定律并没有出现任何错误,只是人们对这条定律理解出现了错误,也可以说是理解不够到位和深入。
不过说起光速,就不得不提到一位改变了世界的科学家——阿尔伯特·爱因斯坦,正是他打破了固有的时空观,开启了认识宇宙本质的大门。
在爱因斯坦之前,人们普遍认为光并没有所谓的“速度”,它通常是瞬间到达某地,同时也认为宇宙是一个无限大没有尽头的空间,但是因为爱因斯坦的出现,这一切常规的认知都被打破了。
他提出的相对论让人们对光速、对宇宙有了新的认识。更主要的是,经过近百年的实验研究,也证明了相对论的准确性、适用性以及权威性。


既然相对论是正确的,“光速不可超越”和“光速真空恒定”又是其核心内容,那么为什么宇宙中还存在超光速现象呢?难道相对论还有某些漏洞或者错误?
实际上相对论所定义的只是有“质量”的物体,对于宇宙中那些没有质量的存在,相对论当然也就不适用于它们了,所以这并不是相对论错了。
说了这么多,相信大家非常好奇宇宙中究竟有哪些“超光速”现象,下面就一起来看看吧,顺便看看你知道几个。
一、宇宙大爆炸的瞬间


根据对宇宙数百年的研究,科学家们从诸多细节中发现了一个惊人的实事:现在的宇宙源于一百多亿年前的一场爆炸,而宇宙在爆炸之前是一个密度、质量无限大且体积无限小的点,科学家将这个点称为“奇点”。


在这场宇宙起源的爆炸中,爆炸瞬间的速度是远大于光速的,因为在爆炸的瞬间才产生了空间和时间的概念,而“光速”不过是爆炸瞬间产生的空间中,一个小小的把戏而已,科学家们将这个现象成为“视界疑难”。
当然了,虽然宇宙形成瞬间的复杂程度已经完全超出了人类的认知,但是因为光速本身就是空间内的一种定义,所以这和相对论并无冲突之处。
二、宇宙膨胀速度


从哈勃观测到“红移现象”,人们就开始知道宇宙是在膨胀的,但是相信有许多人并不知道,宇宙的膨胀速度可以说是将光速远远的甩在了身后。
那么科学家是如何知道宇宙膨胀速度远大于光速的呢?其实很简单。根据宇宙大爆炸理论,宇宙诞生至今大约有138亿年左右,但是根据观察,宇宙目前的可观测直径却在920亿年光年左右。


如果膨胀速度小于或者等于光速,那么显然可观测直径不会是920亿光年以上,所以唯一的解释就是宇宙膨胀速度是远大于光速的。
当然了,就和上面的例子一样,因为空间本身并没有任何质量,所以它膨胀的速度超越光速也并不违背相对论。
三、量子纠缠效应


现在之所以大部分人知道量子纠缠,其实无外乎两个原因,第一是因为在量子研究的领域,我国现在一直走在国际的最前列,第二则是因为近些年大火的科幻小说《三体》中,曾经多次出现过过于量子纠缠,以及使用量子纠缠进行通讯的情节描述。


那么什么是量子纠缠呢?其实很好解释。假设宇宙中有两个互为纠缠状态的粒子,哪怕这两个粒子相隔无限远,只要其中一个粒子做某种动作,那么另一个粒子将会忽略距离带来的影响,无延时的同步另一个粒子的动作。
因为能够忽略距离这个至关重要的因素,所以从某种不严格的角度上来看,量子纠缠也是一种超光速现象。
四、穿越虫洞


自爱因斯坦和纳森·罗森完善虫洞理论以来,许多科学家将自己毕生的精力奉献给了这个看似科幻的理论,因为它对人类文明有着至关重要的意义,甚至能够决定人类文明的发展上限。
当然了,如果看不到一丝成功的可能,仅仅停留在理论上的话,众多科学家也不会为之奉献一生,恰恰是因为看到了这个非常科幻的理论有成功的希望,所以才吸引了众多科学家前赴后继的为之奋斗。


经过大半个世纪的研究科学家们认为,想要在宇宙中创造出联通两地的虫洞,必须要破坏某处空间的稳定性,或者让某处空间发生扭曲变形,这样才有成功的可能。
不过,因为受到了科技水平的限制,虽然看到了这个理论成果的可能性,但是因为无法进行实验和实施,所以它仍然还是个理论。


而话说回来,穿越虫洞之所以是一种越光速现象其实很好理解,比如宇宙中有AB两点他们之间相距2光年,现在在他们之间构建一条虫洞,而穿越这条虫洞只需要花费5天,从某种意义上来看,这确实是一种超光速现象,因为原本“光”需要走两年的路程,现在只需要5天就能完成了。
值得一提的是,这和相对论也没有冲突的地方,因为它并非直接赋予交通工具超越光的速度,而是另辟蹊径改变空间结构,从而获得了和超光速一样的结果。


看到这里相信有的朋友已经发现了,以上列举的四种超光速现象几乎都和空间有关,并没有出现违背相对论、传统意义上的超光速现象出现。当然了,目前没有发现不代表没有,毕竟人类对于宇宙的研究才刚刚开始,宇宙中还有许多科学难以解释的事情,等着人类去揭开它们神秘的面纱。

如果我们承认现实的因果性,也就是原因必定在结果之前发生,那么我们就必须接受这样的一个基本的物理法则。在宇宙中任何有质量的物质粒子,或者是任何能够传递信息的方式都必须在低于真空中的光速的速度下运行。

这个极限速度为299,792,458米/秒,构成宇宙万物的的粒子,如中微子、电子、质子和中子的运行速度,只能无限接近,并不能达到这个速度。
这是因为质量和能量是等效的,质量只是能量的一种不同的表现形式,一个物体的所包含的能量分为:静止能量(E=mcd^2)和动能。

当你给一个粒子开始加速的时候,随着速度的增加,它所拥有的动能就会增加,当无限接近的光速的时候,动能也会变的无限大。
这个时候,粒子所包含的总能量也会变得无限大,因此我们常会说无限接近光速的物质其质量将会无限大。

要想让它达到光速,就需要无限的能量,由于可观测宇宙是有限的,也就是我们可以获得的能量是有限的,因此我们无法把一个有质量的粒子加速到光速。
你知道人类现在所创造的最快速度是多少吗?在大型强子对撞机中我们已经将质子加速到了299,792,455米/秒,跟真空中的光速比起来只差了0.000001%,可以说十分接近光速。

你可能会想,差这么点了,是不是能量不够啊,真想上去再推质子一把!那么未来我们加大磁场、加大环形对撞机的半径,是不是就可以达到光速,甚至超过光速呢?
其实接近光速很简单,这就看你怎么接近了,最后那一点点往往是无法突破的。你看,黑洞的能量大吧,它是宇宙中的怪兽,磁场强度是对撞机的一万亿倍。

结果呢?它所创造的宇宙射线中的质子能量是人类创造的3600万倍,但速度还是低于光速,为299,792,457.9999999999999992米/秒。
差了0.0000000000000008米/秒,这说明啥,光速真的是物质粒子的速度极限。你怎么弄,怎么折腾质量粒子都只会无限接近光速。

而那些无质量的粒子,如光子、胶子、引力子这三个粒子天生就必须以光速运行。
那为什么宇宙就是不让质量粒子超光速呢?
其实很简单,我一开始就说了,宇宙有因果律,如果物质可以超光速,那么整个宇宙就完全乱套了,而且也会分崩离析。

你看,如果一颗子弹超过了光速,那么在你看到一个人扣动扳机之前子弹就可以杀死一个人,也就是说,结果出现在了原因的前面。这样的现实不久彻底变得混乱不堪。
你看,光子、胶子、引力子这三个粒子在传递着电磁力、强力、引力,这三种基本力将粒子结合在一起组成了万物。
如果一个物质可以跑的比这三个粒子还快,那么这三个力都追不上这个物质,怎么能将物质结合在一起呢?万物是不是分崩离析了?

因此,有些物理法则是不容得被挑战的。除非你可以改写整个宇宙的初始设定。
不过,我又说了,宇宙中确实有快于光速的现象。但是它们并不违背基本的因果律,不会传递任何信息,也不会影响基本力的传递。
因此这些现象在宇宙中是被允许的。
1、首先就是宇宙诞生时,空间暴涨的速度。
以前认为宇宙开始于大爆炸,常常认为有一个奇点,时间有一个开端,并且是从零开始的。但是自从暴涨理论被提出以后,我们已经不这样认为了,这已经是个过时的概念。

暴涨理论说,时间并不是从零开始的,而是从10^-41秒开始,这时的宇宙已经存在,大小差不多就是地球到太阳的距离,一个天文单位。
空间中并不存在任何物质粒子,只有真空能量,并且真空能量正导致宇宙以指数级的方式膨胀,并于10^-36秒,暴涨结束。

空间中的真空能量开始衰变到物质中,产生了目前我们所知以及未知的所有物质粒子和反粒子,这个过程被称为再加热阶段,也是热大爆炸的开始。
所以我们说的大爆炸并不是嘭的一声,而是在描述当时热的、快速膨胀的状态,并没有任何东西爆炸。
膨胀速度有多快呢?你看,宇宙诞生后的一秒,就已经有1光年的范围了,1年就有银河系的范围了,这个速度远远的甩光速几条街。

2、现在宇宙的膨胀速度,在136亿光年以外依然超光速。
现今的宇宙依然在加速膨胀,这一点我们已经听了无数次了,宇宙膨胀的速率为20公里/秒/百万光年,也就是说每增加1百万光光年的距离,空间的膨胀速度就会增加20公里/秒。

这就跟我们吹气球一样,也跟我们在烤箱里蒸面包一样,宇宙就是以这样的方式膨胀的,如果这样的速度计算的话,目前
136亿光年以外的星系,
都在以超光速的速度远离地球。
但空间自身的超光速并不违背狭义相对论的基本原理,因为物理法则从来没有现在空间怎么样,而是限制的时,质量粒子在空间中的运动。

你肯定会问,那星系不也跟着超光速了吗?星系的推行速度确实是超光速了,但是它们并没有相对于空间在运动,只是我们和星系之间的空间膨胀了。
3.量子世界里的纠缠现象。

这个现象简直就是个魔鬼,让爱因斯坦头疼不已,因为这个现象直接冲击到了爱因斯坦的世界观,他认为这个世界存在局域性,不能超光速,不会存在鬼魅的超距作用。
例如在量子世界里,两个伴生相互耦合的粒子就处在一个不确定的纠缠态,当我们测量其中一个粒子的状态是,如果它自旋向上,那么另外一个粒子此时必定自旋向下。

神奇的是,不管你把这两个粒子分离到多远的距离,这种超距作用依然存在,测量一个粒子,另外一个会瞬间做出选择。
1964年,约翰·贝尔提出论文验证了量子纠缠的真实性,显然爱因斯坦错了,不过他的相对论依然正确,因为我们无法利用量子纠缠以超光速的方式来传递信息。
原因在于,我们每次测量一个粒子的时候,粒子所表现出来的确定态都是随机了。因此无法传递信息。
4.在介质中超越光速

光不仅可以在真空中传播,也可以在介质中传播,不过光在介质中就会被降速,其中有效光速为c/n(n为介质的折射率,总是大于1)。
因此在光在的水中的速度为0.75c,这个降速还是比较大的,例如在核反应堆中,电子被释放出来时的速度十分接近光速,因此此时的电子就比光子跑的快。
而反应堆的幽幽蓝光,正是电子突破光障时产生的切伦科夫辐射发出的,这是一种光学“冲击波”。

宇宙中的速度极限应该这样说:传递信息的速度不能超过真空中的光速。而不能表达为光速不可超越,这句话是错误的。
如果我们未来能够制造出虫洞,也就是将时空折叠,我们就能打破距离的限制,去往宇宙的任何地方。不过想要在真空中达到、甚至超越光速旅行、传递信息是不可能的。

提到宇宙中最快的速度,相信大家都会第一时间想到光速。没错,我们从小到大的书本中一直告诉我们,光速是宇宙中最快的速度,以至于宇宙中的距离尺度都采用光速作为单位。最主要的是“光速恒定”和“光速无法超越”经过多年的推论和验证早已被公认为正确的理论。



但是相信大多数人都不知道,宇宙中还存在着许多“超光速事件”,这些超光速事件不管是从理论分析还是观测结果来看,都是真实存在的。为什么会这样呢?难道是“光速无法超越”这个定理出现错误了吗?

其实这个定理并没有错,错的是大多数人没有真正认识这条定理,或者说大多数人对这条定理产生了逻辑上的错误。



提到光速,就不得不提到人类历史上最伟大的科学家之一阿尔伯特·爱因斯坦,他打破了传统的时空观,让人类开启了光速作用于宇宙观的认知。

在更早的时候,人们普遍认为光能够瞬间到达目标地点,同时也认为宇宙是一个无限延伸的空间,而爱因斯坦终结了这一切,他所提出的相对论带给我们对于光速的全新科学认知,同时也经过了几十年的实验理论证实,证明了其正确性。



那么既然相对论是正确的,宇宙中为何还有速度比光速还要快呢?主要原因是大多数人并没有认识到物理的严谨性。爱因斯坦曾多次说过:”没有什么能超越光在真空中的速度“。

他的这句话可并不是随口一说,而是非常认真和严谨的,这句话中的“什么”一词,代表一个关键的特性,那就是必须拥有“质量”。



根据狭义相对论,“c”代表了光在真空中的传播速度,任何拥有质量的物体,都不可能在真空中达到光速,因为在这个物体在无限接近光速的时候,它的质量也会趋于无穷大。同样的道理,光之所以能够达到光速,是因为构成光的光子没有质量。

虽然现在人类制造出的粒子加速器能够将粒子加速,但是只能加速到99.99%的光速,根本无法达到光速,主要原因就是爱因斯坦提到的“质量无穷大”。



看到这里可能你已经明白了,宇宙中许多“超光速现象”,其实并没有违背狭义相对论,因为狭义相对论所定义的只是“拥有质量”的物质。



也许你很好奇,宇宙中难道除了光子之外还有东西没有质量?其实我们人类的认知具有很大的局限性,宇宙中许多东西都是没有质量的,比如空间,比如占宇宙96%体量的暗物质和暗能量,以目前人类的技术来看它们就是没有质量的,而产生这种矛盾原因,极有可能是因为我们对宇宙的认识还不够深入。

说了这么多,下面就来看看宇宙中,我们人类目前所熟知的五种“超越光速”的现象吧,同时也看看自己知道几个。

一、宇宙大爆炸瞬间



根据近百年对宇宙的观察研究,科学家们认为,我们现在所在的宇宙是从一个密度、质量无限大且体积无限小的“奇点”中爆炸产生的。

在这次形成宇宙的爆炸中,爆炸初期的速度是远远超过光速的,因为这个过程中还伴随着空间和时间的出现,而包括“光速”在内的一切概念,只不过是空间中的小游戏,空间的扩张速度是远大于光速的,科学家将这种情况称之为“视界疑难”。



虽然爆炸初期的情况复杂程度的超出人类的认识,但是空间本身的超光速现象,并不违背爱因斯坦的相对论。

二、脉冲星和黑洞



来自加拿大的一个天文观测团队,偶然间在脉冲星附近发现一些奇异的电子,这些电子的运行速度极快,单从数据中就能反应出这些电子运行速度已经超越了光速,甚至周围已经出现了空间扭曲的现象。



而早前NASA的科学家们,也曾发现黑洞周围的粒子会有超光速的现象出现,他们认为是因为周围有黑洞产生的空间排斥力,在这种力的长期作用下会使部分物质从空间中分离出来,在它们脱离黑洞的短时间内,就会出现超光速现象。目前这种理论在科学界已经得到了广泛的认同。

看到这里相信你已经发现,在脉冲星和黑洞附近观察到的超光速现象,其实有一个共同点,那就是都伴随着空间的变化。

三、宇宙膨胀速度



对于宇宙在膨胀这个实事,相信大家都是知道的,但是大家知道宇宙的膨胀速度远远超越了光速吗?根据大爆炸理论,宇宙诞生至今已经有138亿年的历史,但是目前宇宙的可观测直径却在920亿光年以上。



显然光在138亿年的时间里,根本走不完920亿光年的距离,所以对于这个现象的唯一解释就是,宇宙的膨胀速度是远远大于光速的。

当然了,和前面的原理一样,空间膨胀速度远远超越光速,并不违背爱因斯坦提出的狭义相对论。

四、量子纠缠效应



量子纠缠现在被大部分人所知,主要有两方面原因,第一方面是因为我国在国际上走在了量子纠缠研究的最前列,另一方面则是因为科幻小说《三体》中出现了使用量子纠缠进行超光速通讯的剧情。



根据量子理论,如果“A”和“B”两个粒子互为纠缠状态,那么即便是将这两个粒子放置在相距几百亿光年的宇宙两端,只要A做了一个动作,B则会和A同步做相同的动作,反之亦然,这就是量子的纠缠效应,也是科学界著名的超光速现象之一。

五、虫洞



自上个世纪30年代虫洞理论诞生以来,许多科学家将毕生的经历用于这方面研究,因为作为一种另类的“超光速”星际旅行的方式,它对于人类文明未来的重要性是不言而喻的。

当然了,如果仅仅是看起来对人类帮助非常大,但是看不到成功的希望的话,科学家们也不会对这个理论有如此大的研究热情,正是因为虫洞理论虽然听起来很不可思议,但是理论上是可以实现的,所以才有众多科学家为之奉献一生。



经过这么多年的研究科学家们认为,想要打开时空虫洞需要制造极端的物理环境,人工扭曲空间,从而实现宇宙间两个超远距离的交通,而这个交通速度是远大于光速的。

不得不说的是,虫洞理论也没有违背相对论,因为它并不是让交通工具获得超越光的速度,而是直接改变了空间构造。



总的来说,目前人类在宇宙中所发现的“超光速”现象,全都是与空间有关,还没有发现违背相对论的存在。当然了,这并不能代表宇宙中就一定没有违背相对论的情况出现,毕竟人类对于宇宙的了解还是太少了。



太空中光速是任何实物物体运动的极限,任何实物物体运动都不能超越光速,原理是只要你知道动力是什么,光是怎样产生的,有没有超光速的实物物质你就会明白。宇宙中确有超光速的物质存在,可不在实部而在虚部!只有总纲才能知道。

超光速现象比如曲线行驶,还有两个行星相互吸引之后一起运动飞奔至黑洞的时候就是超光速现象,还有黑洞的引力让其它行星飞行都是超光速,白子星飞行也是超光速,行星碰撞爆炸也是超光速

量子纠缠。它的本质上是两个原子一个取代另一个的属性,这个信息会传播得比光速快。

太空中最快的速度其实并不是光速,还有超光速的现象比如宇宙大爆炸的瞬间、脉冲星和黑洞、宇宙膨胀速度、量子纠缠效应、虫洞。

  • 有超光速现象吗?
    答:超光速,超过太阳光速(约为3×10的8次方)的速度是有的,太阳光速并不是最快的速度,质量大于太阳的恒星发出的光速都比太阳光速度快。人们所说的光速(约为3×10的8次方)实际上是太阳光的速度,决定恒星的光速的因素是恒星的质量和其他一些特性,恒星的光速随着质量的增大速度越快,大质量恒星的光速...
  • 世界上最快的速度是不是光速
    答:在已知的世界里,最快的速度是光速。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。光在真空中的速率是299,792,458米/秒,约3×10ˆ5千米/秒,是已知的速度上限。
  • 都说超光速的现象不存在,为什么宇宙膨胀的速度却比光速快
    答:5. 即使在一个以二分之一光速运动的物体上点亮一盏灯,这盏灯发出的光相对于静止的我们而言依然是光速,而非1.5倍光速。因为光速是宇宙中最快的速度,相对于任何参考系都是恒定不变的。6. 钟慢效应导致运动中物体上时间流逝速度变慢,但宇宙中确实存在超越光速的现象。例如,宇宙边缘的膨胀速度就远...
  • 宇宙中存在比光速更快的速度吗?
    答:3,当下科学家认为光速可能并非是宇宙中最快速度,也可能在,量子力学发展的情况下,可能会存在新的速度。其实对我们来说,科学家对速度的探索都是在不断的发展的,而且对我们而言大多数时候语录中确实会存在比光速更快,速度也会随着人的发展和认知的改变,逐步的发现那些超越光速存在,目前来说一些个别...
  • 宇宙中存在超光速的现象吗?
    答:这就是宇宙中物质运动的最大速度是真空里面的光速,从另外一个角度来看这句话,就说明了有静止质量的物体,运动时很难达到光的速度。理解起来比较简单,相对论中的速度定义只针对有质量的物体,并不包含非物质自然现象的速度极限。所以宇宙中是有速度快于光速的,那么有哪些速度比光的速度还快呢?下面来...
  • 醒醒吧,还认为宇宙中光速是最快速度?还有三种速度远超光速
    答:光速是科学家们目前发现自然界物体最快速度,它被用来表示许多距离人类万分遥远的事物的最快能核实抵达,例如测量从地球到月球的距离,就需要行走384401公里,而用光速行走,只需要2.5秒,可见,在浩瀚无际的宇宙之中,倘若人们掌握拥有光速的飞行器,前往任意星球、自由 探索 宇宙奥秘将不再是梦想。但你...
  • 世界上最快的速度是不是光速
    答:到目前为止普遍认为最大速度是光速,但是还有待验证,最近有科学家称中微子超光速但还未证实,爱因斯坦的相对论成立的前提是认为光速是最大速度,所以他理论下的一些结论,推来推去都说明光速无法超越的。| 我自己认为光速是可以超越的,超越光束后我门将到达一新的时空,就跟电子从一个能级跃迁到另一个...
  • 现在最快的是光速吗?但为何又有超光速膨胀?
    答:自古以来光速这个问题让无数科学家费劲一生的心思去寻找答案,最有名的也就是爱因斯坦里面提到的“相对论”了,其中一个重要的观点就是光速是宇宙中最快的速度,可以超越的话就可以实现穿越,人们就会问现在最快的是光速吗?但为何又有超光速膨胀?其实最快的就是光速,至于超光速膨胀是因为...
  • 光速是无法超越的吗?超光速现象存在吗?
    答:0.77km/s/Mpc,就是说距离每增加一百万秒差距,两个星系的退行速度增加67.80千米每秒。在这种测定方法中,不仅得到了宇宙膨胀的速度,甚至得出了宇宙加速膨胀的结论。实际上我们通过宇宙微波背景得到的宇宙年龄为138亿岁。而宇宙可观测直径就达到了930亿光年,同样可以知道宇宙在超光速膨胀的结论。
  • 宇宙中光速最快吗?其实这三种速度在理论上远超光速
    答:如果按照目前人类所掌握的知识来看,光速确实是宇宙中最快的飞行速度,不过在宇宙中除了光速之外,还有三种速度在理论上已经远远的超过了光速,下面我们就一起来看看这三种超光速现象。第一种超越光速的现象——宇宙膨胀的速度 现代科学认为我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前有一颗奇点发生了爆炸,奇点...