宇宙中光速是最快的?科学家:在这几个速度面前慢如蜗牛

星空承载浪漫 2024-04-25 21:36:13
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速度是探索世界的最快途径,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度是非常快的,当人类走出地球看到宇宙之后,人类的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中是不是还存在外星生命?带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,根据科学家的研究我们能够知道,目前宇宙中最快的飞行速度是光速,光速大约是每秒30万千米,对于人类来说,这个速度已经超出了我们的想象,它相当于一秒钟能够绕地球七圈半,看到这里,相信很多人都会产生一个疑问,就是光速如此之快,人类是如何计算出来的?

据历史记载,恩培多克勒是第一个认为光速有限的人,他相信光是一种运动的东西,所以需要时间,在1638年的时候,著名科学家伽利略提出了一项他曾经做过的实验,伽利略一行4人,分成两组,分别登上两座相隔甚远的山峰,每组各自携带一个光源——煤油灯,他对煤油灯做了一个简单的改进,就是在煤油灯的一面加了一个滑盖,这样关闭滑盖,灯光就会被挡住,如果把滑盖拉起,灯光就会照射出来,通过快速的拉动滑盖,就能够让煤油灯一亮一灭,在这个实验中,除了两盏煤油灯之外,还需要两只一模一样的钟摆计时装置,以及记录数据的纸笔,他打算利用两边记录灯光开启关闭时间的方法来测算光的速度。不过这种方式计算出来的光速很明显是不准的。

因为人的反应时间大概是240ms左右,最终这个实验并没有计算出光速来,后来到了1676年的时候,奥勒.罗默首次对光速进行了测定,他利用木卫一的轨道阴影交替的时间,计算出了木卫一的轨道周期时间是42小时25分16秒,一般来说,天体的运动轨迹是不会变的,所以他认为,木卫一应该是每隔42小时25分16秒就会被木星遮住。这位科学家经过多年的研究发现,地球距离木星最远的时候,木卫一出现的时间要比地球距离木星最近的时候多22分钟,他认为,这22分钟就是光子从地球到木星所用的时间,利用这个办法,他计算出了光速大约是每秒21万千米,虽然这个光速的数值和现在的数值有很大的差别,但是在那个年代能够计算出光速来,已经非常不容易了。

后来在1728年,科学家詹姆斯.布雷德利用光行差计算出光速大约是每秒29.8万千米,这个数值和现在的数值几乎差不多,目前人类的飞行速度和光速相比差的很多,人类的飞行速度连光速的百分之一都达不到,目前科学家也在积极的研究提升飞船速度的方式,如果人类的飞行速度能够达到光速,那么人类飞出太阳系就容易多了。虽然光速对于人类来说很快,但是在浩瀚的宇宙中,光速也显得非常慢,根据科学家的研究发现,在宇宙中存在很多超光速运动,光速在它们面前显得和蜗牛一样慢,下面我们就一起来看看宇宙中的超光速运动。

第一种超光速现象——宇宙暴涨的速度

根据科学家的研究得出,我们的宇宙诞生于138亿年前,当时有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙开始快速的膨胀,科学家经过计算得出,在宇宙大爆炸初期,宇宙膨胀的速度非常快,从普朗克时间开始计算,也就是大约10^-41次方秒开始,宇宙开始暴涨,当时的宇宙中没有任何粒子,只有纯粹的能量,这种能量导致宇宙以指数级膨胀,在大约10^-36次方秒,暴涨结束,这个过程有多快呢?目前科学家还无法计算出来,不过在宇宙诞生一秒钟后,宇宙的大小就已经有一光年了,光年是一个距离单位,一光年相当于光速飞行一年的距离,可想而知我们的宇宙膨胀有多快。

即便是现在,我们的宇宙依然在不断的膨胀当中,而且膨胀的速度也非常快,在1929年的时候,天文学家哈勃发现,银河系以外的大多数星系都在远离我们而去,距离越远,离开的速度越大,这个现象,我们把它叫做红移。因此哈勃就提出了一个大胆的想象,宇宙正在膨胀,并且宇宙是有年龄的,1948年,伽莫夫提出了宇宙大爆炸理论,得出了宇宙大爆炸的时间发生在138亿年前。科学家经过星系团退行速度推算出宇宙的膨胀速度大约是每秒70万公里,这个速度相当于光速的2倍多,到现在为止,宇宙膨胀的速度还在加快,科学家认为,宇宙膨胀可能和暗物质和暗能量有关系。

第二种超光速现象——曲速引擎

在一部科幻电影《星际迷航》中,最为神奇的就是里面的飞船,能够进行超光速飞行,这种技术被称为是曲速引擎,按照我们目前对科学的理解,想要达到光速是非常困难的,按照目前的理论,当物体速度越快时,物体自身的质量就会随着速度的加快而变得越重,加速中如果质量越大,需要的能量就会越大,但是飞行器所携带的动力燃料加速中没办法增加,并且动力也不可能无限增大,而曲速引擎能够实现超光速飞行,曲速引擎是一种通过压缩时空中航行的技术,其原理就是在运动物体周围利用反物质驱动的曲速引擎制造一个人工的曲力场,在飞船前方的空间迅速弯曲缩小,后方的空间迅速弯曲扩大,就像是在后面吹着气球将飞船往前挤。

而飞船则是在这个制造出来的时空气球中以亚光速向前推进,飞船虽然没有超过光速,但是由于时空被压缩了,就成为了一种跨越式移动,最终实现比实际飞行速度快几倍的速度,而曲速就是衡量在这个时空泡里面运动物体相对于外部时空的速度,曲速引擎的基本理论依据就是广义相对论,是爱因斯坦在1915年提出的一种描述时空和引力的理论。根据广义相对论,时空是一个动态的、可弯曲的结构,它会受到物质和能量的影响而发生变形,同时也会影响物质和能量的运动。在1994年,墨西哥物理学家阿库别瑞在爱因斯坦场方程的基础上,首次提出了一种类似于《星际迷航》中的曲速引擎的时空模型。

科学家认为,我们能够在飞船外部建造一个巨大的圆环,这个圆环具有一个特殊的功能,它能够使飞船外部的时空扭曲,并且围绕飞船形成一个曲速泡,然后飞船后面的空间扩张,前面的空间收缩,而飞船本身处在一个没有弯曲的平坦的曲速泡中,也就是说只有曲速泡外部的时空发生了扭曲,飞船所在的时空是平坦的,所以人在飞船里面也不会感受到加速度,更重要的是,飞船相对于曲速泡并没有移动,在这种情况下,并不违反爱因斯坦的相对论,因为空间可以任意移动,科学家认为,空间不可能被无限扭曲,所以当空间被扭曲到9.99 的时候,就是曲速飞行的极限。

这个速度是光速的2140倍,我们可以计算一下,这么快的速度在宇宙中遨游是一种什么样的体验,在一倍光速下,我们从地球前往冥王星需要5个小时,这个速度已经非常快了,但是想要实现曲速引擎并不是一件容易的事情,飞船需要有足够的动力,这样才能够将时空扭曲,目前人类的曲速引擎技术还处于理论阶段,想要彻底的实现这项技术人类还需要继续努力才行,未来随着人类科技的发展,人类一定能够实现曲速引擎技术。

第三种超光速现象——虫洞穿梭的速度

可能很多人都听说过虫洞,虫洞是爱因斯坦广义相对论的一个预测结果,它是一种连接时空不同区域的曲率通道,一般来说,虫洞就像是一条隧道,能够将两个远离的地方或不同的地方连接在一起,在虫洞的一端我们能够进入,穿越虫洞,然后从另一端出来,这样的虫洞被称为是时空之门,因为它提供了跨越时空的方法,目前来说,虫洞还是一个假想的宇宙现象,最早是由爱因斯坦和罗森共同提出的,所以虫洞也被称为是爱因斯坦罗森桥,虫洞的理论和黑洞、白洞是分不开的,这是基于黑洞存在的基础上想象出来的,并且大量出现在科幻剧和科幻小说中,虫洞能够被理解为时空裂缝,在爱因斯坦的想象当中,虫洞应该是一头连接着黑洞,另一头连接着白洞。

只要我们能够进入黑洞,那么我们就能够从白洞出来,虫洞是黑洞扭曲时空之后产生的,所以在理论当中,虫洞不会单独出现,只有在黑洞活跃状态的时候它才会出现,由于其目的地和时间都是未知的,所以科学家也不知道虫洞的另一端连接着哪里,目前科学家已经在宇宙中发现了黑洞,最早提出黑洞的科学家是约翰.米歇尔,他认为,如果一颗天体拥有和太阳一样的质量,而这个天体的直径只有3000米,那么这个天体的表面引力一定非常巨大,后来在1796年,法国科学家拉普拉斯曾经预言:如果一颗天体的质量是太阳质量的250倍。而直径和地球类似,那么这个天体表面的引力会非常大,连光都无法逃离它的引力,在1783年的时候,英国天文爱好者给科学家卡尔迪许写了一封信,信中他认为宇宙中存在一种质量非常大的天体,连光都会被它吞噬,当时他把这种天体称为是暗星。

在1916年的时候,爱因斯坦利用公式计算出了黑洞,之后德国物理学家卡尔史瓦西给了黑洞一个精确的解释,他认为当大量的物质集中在一点的时候,就会使周围产生视界,一旦进入这个视界,任何物体都会被吸进去,这个神秘的天体就是黑洞,虽然黑洞已经被科学家证实,但是白洞现在科学家还没有发现,科学家认为,虫洞可能是由负质量产生的,一旦虫洞形成,就需要负物质来保持稳定,我们从未探测到负物质,甚至不知道它长什么样,但是我们可以把它代入方程中,目前科学家也在积极的寻找宇宙中的虫洞,未来随着人类科技的发展,或许能够找到虫洞。

第四种超光速现象——量子纠缠

所谓量子纠缠指的是两个或者多个粒子以一种特殊的方式相互连接,使得一个粒子的量子状态会立即影响另一个粒子的状态,并且它们无论相隔多远,这种现象被称为是非定域性现象,也就是纠缠粒子之间的相互作用不受它们之间距离的影响,比如说我们将两个配对好的粒子,一个放在地球上,另一个放在火星上面,只要我们影响地球上的粒子,那么火星上面的粒子也会受到影响,而这个影响的速度是瞬间完成的,这个速度已经完全超过了光速,其实量子纠缠速度常常被人认为是信息以超光速的速度传播,事实上量子纠缠速度并没有携带任何信息。在宇宙中可能还存在其它的超光速现象,只不过人类现在还没有发现它们而已,未来随着人类的发展,或许人类能够发现更多的超光速现象,对此,大家有什么想说的吗?

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