有什么能比光速更快地移動嗎?

物理學(xué)中一個眾所周知的事實是你不能比光速快地移動。雖然那's基本上真,但它's也是過度簡化。在相對論下,實際上有三種物體可以移動的方式:

  • 速度比光速慢11,12比光速快13

以光速移動

阿爾伯特·愛因斯坦用來發(fā)展他的相對論的一個重要見解是,真空中的光總是以相同的速度移動。因此,光粒子或光子以光速移動。這是光子可以移動的**速度。他們可以'永遠加速或減速。(注意:光子在通過不同材料時會改變速度。這就是折射是如何發(fā)生的,但它是's是真空中的光子's**速度,無法改變。)事實上,所有的波峰都以光速移動,據(jù)我們所知。

慢于光速

下一組主要的粒子(據(jù)我們所知,所有這些粒子都是't凸起)的移動速度比光速慢。相對論告訴我們,在物理上不可能將這些粒子加速到足以達到光速。這是為什么?它實際上相當(dāng)于一些基本的數(shù)學(xué)概念。小知識手抄報

由于這些物體包含質(zhì)量,相對論告訴我們物體的方程動能基于其速度由下式確定:

E=mγ-1)c2

(1-v2/c2)-mc2的平方根

在上面的等式中有很多事情發(fā)生,所以讓'解開這些變量:

  • γ是洛倫茲因子,它是在相對論中反復(fù)出現(xiàn)的比例因子。它表示物體移動時不同數(shù)量的變化,例如質(zhì)量,長度和時間。由于(1-v2/c2)的γ=1//平方根,這是導(dǎo)致所示兩個方程不同的原因。
  • m是物體的其余質(zhì)量,當(dāng)它在給定的參考系中具有0的速度時獲得。
  • c是自由空間中的光速。
  • v是物體移動的速度。相對論效應(yīng)僅對v的非常高的值顯著,這就是為什么在愛因斯坦出現(xiàn)之前很久就可以忽略這些效應(yīng)的原因。

注意包含變量v(對于速度)的分母。隨著速度越來越接近光速(c),即v2/c2術(shù)語將越來越接近1。。。這意味著分母的值("1-v2/c2"的平方根;)將越來越接近0。

隨著分母變小,能量本身越來越大,接近無窮大。因此,當(dāng)你試圖將粒子加速到接近光速時,它需要越來越多的能量來完成。實際上加速到光速本身將需要無限的能量,這是不可能的。

通過這種推理,沒有比光速慢的粒子能夠達到光速(或者,通過擴展,比光速快)。

比光速

那么如果我們確實有一個比光速更快的粒子呢。那是可能的嗎?

嚴格地說,這是可能的。這樣的粒子,稱為速殖體,已經(jīng)出現(xiàn)在s中一些理論模型,但它們幾乎總是被刪除,因為它們代表了模型中的基本不穩(wěn)定性。迄今為止,我們還沒有實驗證據(jù)表明存在速殖體。

如果速度確實存在,它總是比光速快。使用與光粒子慢的情況相同的推理,您可以證明將速度減慢到光速需要無限的能量。

不同之處在于,在這種情況下,最終v項略大于1,這意味著平方根中的數(shù)字為負數(shù)。這導(dǎo)致了一個假想的數(shù)字,它'在概念上甚至不清楚具有假想能量的真正含義。(不,這是而不是暗能量。)

比慢光快173>

正如我前面提到的,當(dāng)光線從真空進入另一種材料時,速度會變慢。帶電粒子(例如電子)可能以足夠的力進入材料,以在該材料內(nèi)比光更快地移動。(給定材料內(nèi)的光速在該介質(zhì)中稱為光的相速度)。在這種情況下,帶電粒子發(fā)射一種形式的電磁輻射,'s被稱為Cherenkov輻射。

確認的例外

光限制的速度有一種方法。這種限制僅適用于通過時空移動的物體,但時空本身可能以一定的速度擴展,使得其中的物體分離速度快于光速。

作為一個不完美的例子,考慮兩個木筏以恒定的速度漂浮在河流上。河流分叉成兩個分支,一個筏漂浮在每個分支上。雖然木筏本身總是以相同的速度移動,但是它們由于河流本身的相對流動,彼此之間的移動速度更快。在這個例子中,河流本身就是太空時間。

在目前的宇宙模型下,宇宙的遠距離正在以比光速更快的速度擴張。在早期的宇宙中,我們的宇宙也以這種速度膨脹。盡管如此,在空間時間的任何特定區(qū)域內(nèi),相對論所施加的速度限制確實存在。

一個可能的例外

**一點值得一提的是一個被稱為變速(VSL)宇宙學(xué)的假設(shè)思想,這表明光速本身隨著時間的推移而改變。這是一個極其有爭議的理論,并且?guī)缀鯖]有直接的實驗證據(jù)支持它。大多數(shù)情況下,這個理論是因為它有可能解決早期宇宙演化中的某些問題,而不用通貨膨脹理論。