物理科普:盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?
來(lái)源:漫步科學(xué)
發(fā)布時(shí)間:2021-01-22
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物理科普:盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

超越光速,站在光錐之外掌握自身命運(yùn)一直是人類不懈的追求,但是相對(duì)論告訴我們,宇宙是有速度上限的,任何有靜質(zhì)量的物質(zhì)都是無(wú)法超越光速的,這就像是一把枷鎖,牢牢的把人類文明困在宇宙中一個(gè)小小的角落。因此尋找超光速現(xiàn)象意義非凡,如果宇宙為文明留下了超光速途徑,那么征服星辰大海也就不再是夢(mèng)想。下面是四種已知的超光速現(xiàn)象:

1、電磁波相速

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

電磁波傳播示意圖

電磁波的相位速度簡(jiǎn)稱相速,它是指電磁波相位在空間中的傳播速度,通俗理解電磁波的相速就是電磁波形狀傳播的速度。在日常生活中,如果我們抓住繩子的一端,上下抖動(dòng)一下,繩子上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)隆起的形狀向前移動(dòng),這個(gè)隆起的形狀就相當(dāng)于電磁波中的“波包”,電磁波通常有許多諧波疊加而成,因此波包可以看做是局域性“波群”。描述波包的速度有兩種,分別是相速度與群速度,且相速度大于群速度。

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

電磁波相速可以理解為電磁波形狀的傳播速度

對(duì)于電磁波相速度大于群速度可能不太好理解,我們可以用擰螺絲類比一下,當(dāng)我們把螺絲擰進(jìn)物體中時(shí),整個(gè)螺絲前進(jìn)的速度可以看做是群速度,而螺絲上螺紋的旋轉(zhuǎn)速度可以看做是相速度,雖然螺絲旋轉(zhuǎn)很快,但是總體前進(jìn)的速度較慢。

電磁波相速度雖然是一種超光速現(xiàn)象,但是真正可以搭載信息的是波包中的“波群”,因此信息的傳遞速度依然無(wú)法超過(guò)光速。

2、切倫科夫效應(yīng)

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

超音速飛行產(chǎn)生的音爆現(xiàn)象

我們知道飛機(jī)在空中飛行時(shí)一旦其速度超過(guò)音速,飛機(jī)周圍的空氣受到“擠壓”會(huì)產(chǎn)生音爆現(xiàn)象。同樣,在介質(zhì)中,當(dāng)粒子的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)光速會(huì)產(chǎn)生“光爆”現(xiàn)象,這種現(xiàn)象就是切倫科夫效應(yīng)。

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

切倫科夫輻射現(xiàn)象

切倫科夫效應(yīng)常見于核反應(yīng)堆中,由核裂變產(chǎn)生的高能粒子在周圍的介質(zhì)中高速移動(dòng),其速度超過(guò)介質(zhì)中的光速時(shí),介質(zhì)中會(huì)發(fā)出淺藍(lán)色的光輝,這就是切倫科夫輻射。

嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),切倫科夫效應(yīng)并不是傳統(tǒng)意義上的超光速現(xiàn)象,其本質(zhì)原因是光在介質(zhì)中被降速了,因此粒子才能超過(guò)光速。

3、空間膨脹效應(yīng)

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

由奇點(diǎn)到宇宙

1929年美國(guó)天文學(xué)家E.P.哈勃研究發(fā)現(xiàn),所有的星系都在互相遠(yuǎn)離,而且離得越遠(yuǎn),其離去的速度就越快。這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)臨界點(diǎn),當(dāng)超過(guò)這個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)星系之間的退離速度會(huì)超過(guò)光速,現(xiàn)代科學(xué)研究表明,每增加300萬(wàn)光年的距離,星系遠(yuǎn)離地球的速度就會(huì)增加68公里每秒左右,也就是說(shuō)百億光年之外的星體其遠(yuǎn)離地球的速度已經(jīng)超越光速了。

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

由E.P.哈勃命名的望遠(yuǎn)鏡

星體之間的退行變化,本質(zhì)上是宇宙膨脹的結(jié)果,雖然在極遠(yuǎn)處這種速度可以超過(guò)光速,但是我們無(wú)法利用它來(lái)傳遞信息和能量。

4、量子糾纏

量子是時(shí)下非?;馃岬拿~,本來(lái)是微觀世界的現(xiàn)象,卻被一些別有用心的“人才”利用,各種宏觀世界的物質(zhì)在功利化的作用下,都可以被量子化,比如量子針灸、量子眼鏡等等,確實(shí)可笑。

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

量子被萬(wàn)能化了

量子糾纏是一種量子力學(xué)現(xiàn)象,它是指兩個(gè)或者兩個(gè)以上的粒子組成的系統(tǒng)互相產(chǎn)生影響作用的現(xiàn)象,即使在非常遙遠(yuǎn)的距離上,“糾纏”在一起的粒子依然可以瞬間相互感應(yīng),愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”,其感應(yīng)速度以目前科學(xué)技術(shù)是無(wú)法精確測(cè)量的,但是肯定遠(yuǎn)超光速。

盤點(diǎn)已知的四種超光速現(xiàn)象,人類能否突破光速限制?

“鬼魅般的超距作用”

量子糾纏雖然是一種超光速現(xiàn)象,但是無(wú)法用這種糾纏作用傳遞信息,因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)粒子處于量子糾纏狀態(tài)時(shí),一旦我們測(cè)量其中一個(gè)粒子,它們會(huì)瞬間塌縮到各自的本征態(tài),所以我們無(wú)法利用量子糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳遞,但卻可以進(jìn)行信息加密。

宇宙中充滿了超光速現(xiàn)象,但是我們無(wú)法利用這些現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳遞和物質(zhì)傳送。夢(mèng)幻泡影,只有科學(xué)進(jìn)步,了解超光速深層次的秘密之后,我們才有可能駛向星辰大海。



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