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光速为什么无法超越?物质接近光速运动的话,会发生什么?
送交者: shangt[★★声望品衔10★★] 于 2022-01-27 20:31 已读 724 次  

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以前有一个观点是:只要一个物质的运动速度达到光速,那么时间就相当于静止不动,超过光速,该物质就能穿越时空。

但是一般来说,光速是宇宙中所有物质的速度限制,基本没有物质可以达到光速运动,接近光速也不行。


暂时先不论真假,世界上真的没有物质的运动速度可以达到光速或者超光速?有的,宇宙的膨胀速度就是超光速。但是这不就和前面的观点自相矛盾了吗?


光速和条件

在早期的物理学上,宇宙中的所有静止质量不为零的物质运动速度都存在极限在限制,最大的量就是光速。请注意,这里加上了条件限制:静止质量。

只要有物质形态,那么这个物质的质量就一定有具体的数值可以表达,就像是根据氧气的不同保存形式,我们可以用毫升、升、克、千克等单位来计量。那么什么是“静止质量”?


因为宇宙中所的物质于本质上都在不停的运动,因此这里的质量要加一个限制条件,就是要取一个这个物质的惯性参考系,并且在相对的存在中为静止状态,此时利用这个惯性参考系所测量的质量就是“静止质量”。

宇宙中目前被人类所知的静止质量为零的物质就是光子,通俗的来讲就是太阳的光。因此,它是宇宙中目前发现的运动速度最快的物质,每秒达到30万公里。为什么要加这样的条件限制?和光速的限制有关吗?


物质运动条件

在地球上,一个物质要在常规观念下完成一项运动或者位移,前提条件是什么?动力,也可以叫作能量或者不平衡力。

这是一个由外部施加的力,就像是手推车上坡要使劲儿推、汽车向前开需要油或者电、风车转东需要风一样,只有这个物质受到了力的作用,才会有产生位移的可能。是不是哦!又是“可能”?又有什么条件?


因为这里的物质位移不包括达到光速的光子,其它物质都是有质量的,所以这个物质受到的“动力”大小也有要求,就是至少要大于这个受力物质本身的质量,否者当施加的力和物质本身你的质量相比小了或者相同,那么这个力就会再物质中达到平衡状态,不会产生位移。


以此类推,我们再往大了说,在宇宙当中,各个天体之间的运动也是因为受到了力的牵扯,这个力就是来不同天体之间的“引力”,或者也可以理解成天体质量带来的时空弯曲效应差异。

天之质量越大,引力(时空弯曲率)作用越强,小的天体受到的影响也就越明显,所以就有了公转运动。比如太阳系中各个行星的公转,它们的能量就来自于质量最大的太阳。


速度限制

同样的,我们继续往前推,物质运动的速度越快,所需要的动力作用也就越强。比如汽车加速要踩油门。

再反过来推,物质的质量越大,想要产生位移的话,所需要的动力也就越大,能量消耗也就越多,比如同样的距离扔一个纸团和扔一个铁球所作用的力的大小不一样。


同时,运动速度越是快的物质所受到的阻力也会越大。不管是在空气中、水中还是物质表面的摩擦中,并且只要达到一定程度,这种阻力会引起物质本身的消耗,直到达到一定极限,物质承受不住远大于自己质量本身的阻力(压力)而被解体。

总的来说,想要物质的运动速度越来越快,那么我们施加的力也只能越来越大,受到的阻力也会同样增大,在消耗物质本身的时候也在增加力的负担。


因此,如果一个静止质量不为零的物质要达到光速甚至超光速运动,那就得有一个无穷大的力,或者可以提供无穷多的能量来源。然而,宇宙恒星的能源作用都有限制,并且还都有会用完的一天,哪里有这样的力或者能量存在呢?

因此,宇宙中静止质量不为零的物质运动速度永远达不到光速。既然有限制,那为什么又说宇宙在超光速膨胀?宇宙中的大多物质不是都有质量的吗?


宇宙膨胀

曾经看过一个这样的解释,就是物质的运动速度本身没有超过光速,但是当两个物质共同运动,并且互相远离,那么只要这两个物质的运动速度超过光速的1/2,加起来就相当于超光速运动。

这个我们可以简单理解成两个物质运动的叠加,就像是两个速度为每分钟5公里的物质相背而行,只要保持每分钟5公里的速度,那么它们就是以每分钟10公里的速度在相互远离。这样的理解是没有错的,但是用在宇宙膨胀运动上就不对了。


我们要明确的一点是:宇宙的膨胀并不是宇宙中的物质运动,而是宇宙空间的运动。这和物质的运动没有什么特别重要的关联(或许也有关联,欢迎纠正讨论)。

我们常常将不断充气的气球比作宇宙膨胀运动,所以这里也借用一下这个例子。在气球上点两个点,当气球的体积不断充大时,这两个点之间的距离也越来越远,但是它们本身在气球山东个位置并没有发生变化。而宇宙的膨胀速度不断加快,两个物质的距离也就越来越快速的在拉远。


这当中不同的是,宇宙的空间膨胀是没有特定方向的,而宇宙物质也确实在不短的运动过程中,所以才会有在宇宙膨胀的前提下,依旧会发生星系相撞的现象。


最后提一句,因为物质的静止是相对的,时间也只是对于人类在地球上目前的生存环境而言产生概念,当物质的运动速度达到光度甚至超越光速时,时间会不会暂停或者倒流,还得看参考系的确定条件。



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