如果飞船超过光速,那麽飞船上的灯光还能照亮前面吗?

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真的是这样的麽?实际上,我们在这裡首先要理解一个概念,那就是无论在什麽情况下,无论用什麽参照物来衡量,光速都是恒定不变的,这是科学家们通过大量实验得出的结论,也是一直困扰爱因斯坦和许多科学家的一个悬而未决的谜。

众所周知,根据爱因斯坦的相对论,光速是宇宙中最快的速度,没有任何物质能够超越它。也许有朋友会说,速度是相对的,如果飞船以光速前进,再加上上光的速度叠加,那麽这个时候速度就会超过光速,飞船前面的星空道路就不能被照亮。

【脑洞系列】如果飞船超过光速,那麽飞船上的灯光还能照亮前面吗?

真的是这样的麽?实际上,我们在这裡首先要理解一个概念,那就是无论在什麽情况下,无论用什麽参照物来衡量,光速都是恒定不变的,这是科学家们通过大量实验得出的结论,也是一直困扰爱因斯坦和许多科学家的一个悬而未决的谜。

一,爱因斯坦相对论的光速限制原理。

这个原理实际上就是光速不变原理,说的是光在真空中的速度相对于任何参照系是不变的,与光源和观察者的运动状态无关。这个光速是在每一个参照系中不变的数值,而低于光速的物体在不同参照系的速度是不同的,不过是可以转换的,但不是伽利略转换的简单相加,而是基于相对论中洛仑兹变换的速度叠加原理,否则很容易就可超光速。你比如说,两个向相反方向速度各为0.6C(C为光速)运动的物体,它们的相对速度是多少?答案可不是1.2C,答案是小于C。具体计算有以下的速度叠加公式:

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其中u为两个物体的相对速度,u′和V分别为相对两个参考系两个物体的速度,这裡为0.6C,C为光速,经计算u为0.88C,光速仍然是不可超越的。

在一个惯性系中一个物体可以无限接近光速,但对于这个近光速运动物体所在参考系来讲,光的速度依然是不变的,时空具有相对性。你永远追不上光,即使达到光速了(这当然是不可能,这裡只是为了加强说明光速的不可超越或达到)。这个光速跟宇宙时空有关,是时空的特性。

另外,把一个物体加速到光速,质量会变得无限大,这样加速所需的能量需要无穷大,宇宙如果是有限的,全宇宙的能量也不够,因而这从另一方面阻止物体超光速,所以爱因斯坦基于这些原因在相对论中指出任何物体的速度不能超越光速。但应该指出相对论中不允许超光速,不代表相对论的适用范围小,一旦超光速,时间真的会回到过去,时空会崩盘,回到过去意味著现在的所有物质都会消失,而会出现在过去,宇宙历史将彻底改变,后果太严重,爱因斯坦承担不了这个责任。所以他在狭义相对论中指出可以飞越未来,但不能回到过去。

但十年后他基于时空弯曲思想,在广义相对论中指出人们可以通过空间折叠――「虫洞」技术实现星际旅行,实现「超光速」,可以到宇宙时空的任一点。

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但他认为这不是真正地超光速,光速还是最高速。但无论如何,这一下给了人们希望。

二,现在的理论和技术水准,飞船没法超过光速,即使接近光速都难。但现在人们对于超光速的念头并不放弃,以后也不会放弃,这是人的天性和宇宙的发展需要。

爱因斯坦相对论不去限制宇宙物质最高速为光速倒也罢了,一限制倒把人的思想启动了。什麽想法都有,大多数人认可这个光速限制,但也有一部分人认为可以超光速,当然这个超光速又分两种情况,一种是认为从物理上能够超越光速,甚至能追上光,是真正地超光速。另一种超光速的思想和方法是受美国科幻片《星际迷航》裡面一种科技的影响,那就是「曲速」旅行(warp field),类似于「虫洞」但又不同,是一种通过在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製造一个人工曲率场,从而使物体能在这个扭曲的时空泡(warp bubble)中以若干倍于光速的速度移动。

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曲速(warp)就是衡量在这个时空泡裡运动的物体的速度。在曲速状态下可以实现超光速运动。它是把物体前的空间进行弯曲折叠缩小,而物体后的空间弯曲扩大恢复原样,像吹一个气泡似的。

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物体在气泡内亚光速飞行,把空间缩小了就相当于「超光速」了,实际上并不是真正的超光速。并没有违犯光速限制原理。所以儘管爱因斯坦没明确反对可以回到过去,但我认为真正回到过去必须真正超光速,就目前而言,真正超光速是不可能的,因为那意味著时空的崩塌和质量的无限。甚至像「曲速」旅行这样的假超光速都很难,因为「曲速」旅行弯曲空间所需能量为10亿倍太阳能量。

三,综上,超光速飞船是不存在的,如果非要在意识上想一想,是这样的:

如果是由类似「曲速」引擎达到的「超光速」飞船,发出的光就像普通速度飞船发出的光一样,因为飞船发出的光和飞船在同一参照系,同一个时空,这个光的速度相对于这个「超光速」飞船依然不变。前面如果有物体,照样会照亮。没有物体则什麽也照不亮,至于飞船裡的人,除非前方的物体和飞船速度相近,才能看到前方照亮的物体,否则两种情况一律看不到,因为速度太快了。

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至于由「曲速」引擎弯曲的空间裡如果有光的话,也会随著时空弯曲,它们和飞船已不在一个惯性系,不在一个时空了,相互无关、不扰动。

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2 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 小强

    这是一个谜,按照道理来说照不到,因为光速不能叠加,超光速的时候时间就停止了,你也是停止的,你根本没办法打开开关

  2. 天文萌新

    不错

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