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打破三维宇宙铁律?光速不是上限,和它相比光速就像蜗牛

上世纪的一次世界物理学年会上,主办方针对所有参加的物理学家开设过一个趣味游戏。游戏规则是:每个人匿名写下一个最令你感到绝望的物理学概念,以及感到绝望的原因。最后把所有人的概念汇聚到一起进行投票,除了自己的概念,其他人的都可以投。票数/概念数,就是这个概念得到的分数,分数前三名的人会获得一个象征性的奖项。显然,想要得到奖项,首先需要保证这个概念不与其他人的重复,这样一来获得的票数就等于分数,如果重复了,就要除以重复的人数,就会非常不划算。

因此,所有物理学家都绞尽脑汁找到自己研究领域最前沿、无法攻破的那些概念,因为这种概念非常冷门,可以保证没有其他人和自己重复。同时写下它们在科研上巨大的难度,期望引起其他人的认同。

然而最后结果出炉的时候,让所有人意外的是,获得冠军的概念,竟然是一个重复概念,并且还重复了3次之多。也就是说,它比第二名获得的票数多出了三倍以上。分别由一名来自俄罗斯、两名来自德国的科学家写下。是什么概念能够随后获得如此广泛的认同呢?

原来,它不是什么高深、艰难、前沿的物理学概念,而是一个大家都非常熟悉的事物:光速。但是当其他人看到这三名科学家感到绝望的相同理由时,都不得不服。

科学家对光速感到绝望的理由是,光速的299792.458千米/秒,虽然对地球尺寸而言很大,但在人类的年龄、宇宙的尺度以及宇宙的膨胀速度面前,实在是太渺小了!从交通上来说,如果我们仅仅是想要飞出银河系,也需要走10多万光年的距离,而哪怕人类未来某一天能达到99%以上的光速旅行,它所需要的10多万年的时间,对于人类来说依然是一个不现实的条件。

另一方面则更加恐怖,由于宇宙在加速膨胀,所以 距离地球465亿光年之外的星系,它们远离地球而去的速度超越了光速,这就导致我们在地球上永远无法观测它们,同时,理论上,也永远无法前往。这就像是上帝明确地告诉你:“在遥远的地方确实存在另一个世界,但是你永远无法观测到,永远无法前往,只能在无限的时光中,永远对它进行猜测”。

以上两方面就是那三位科学家总结的“光速令人感到绝望”的理由。试想,如果光速不是目前这样的“低速”状态,而是它的数百倍、成万上亿倍,也许“宇宙”这个词对于人类来说就不那么沉重了。

这个观点立即在所有物理学家当中引起了强烈共鸣,因此获得了那个趣味奖项。

然而光速产生的“永恒绝望”真的不可能被超越吗?科学的发展告诉我们,任何事情都没有绝对的定论。时间推移到一个多世纪后的现代,科学家们渐渐发现了绝望之中的曙光。

科学家介绍道,当初爱因斯坦定义“光速上限”的时候,其实有一个非常重要的附加条件,却总是遭到人们的忽视,那就是这个产生速度的对象需要具备“静止质量”。也就是它在目前参考系中静止时,需要具有质量。也许有人会说,这不是显而易见的吗,任何东西不论它多么小,当然都是具有质量的。然而事实并不是这样的,物理学家分析认为,在真正的宇宙中,许多东西都是没有人类眼中那种显而易见的“质量”的。最典型的就是光子,它运动时具有质量,静止时没有质量,所以它能够达到光速。除此之外,空间本身也没有质量,卡西米尔效应也是如此。除此之外,暗物质、暗能量是否具有质量,也是一个有待探讨的问题。站在更高的一个角度来说,我们人类目前对宇宙的认识还非常的原始,也许“不具有质量”却“存在”着的东西,远比人类能够理解的要多得多。

科学家分析道,知道了这个情况,也就能够了解为什么有许多事物的速度远在光速之上了。比如空间本身的膨胀,许多科学家认为,它的本质是一种时空的扭曲,和黑洞改变引力场导致的时空扭曲是相同的。理论上来说,如果能够人工制造出改变引力场的设备,就能够在宇宙空间中打开一条“隧道”,从而在短时间内达到数百亿光年之外的地方。科学家特别强调,这种理论方法虽然在效果上“超越”了光速,但是在原理上并没有超越光速,因为它不是依靠“具备质量的物体在三维空间中的运动”来实现的移动,而是靠改变空间自身的组织方式。所以它和爱因斯坦相对论并不矛盾,而相对论定义的“光速上限”原理,也是完全正确的。

科学家认为,遵循类似的道理,在微观层面突破弦理论预言的三维宇宙物质结构:弦;以及在暗物质的研究中取得突破性的成果,都有可能为“突破”光速找到合理的理论途径。

小编认为,虽然我们现在只能在理论上看到“打破光速绝望魔咒”的曙光,但它依然代表着希望,代表着三维宇宙的远方对人类而言并不是永远不可触摸的神话。

本文某描述存在一个漏洞,细心的你发现了吗?如果发现了欢迎留言指出,没有发现可以关注我,会在下一篇文章揭晓答案。【上一期答案:第四段,发射的宇宙飞船是洞察号,不是探测号】)

(好奇心不应在繁琐的生活中磨灭,找回探索的初心,一起漫步星空与远方。欢迎关注隔壁青少年说,让我们在这里探讨那些重要的问题!)


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