为何说光速无法被超越,而宇宙膨胀和量子纠缠,又能超越光速呢?
之前我们经常说到光速是目前已知物体运动的极限速度,任何有静止质量的物体都无法超越它,于是很多人就会问,量子纠缠速度和宇宙膨胀速度不就超越光速了吗。
那么我们今天便聊一聊,为何说光速无法被超越,而宇宙膨胀和量子纠缠速度又能够超越光速呢?
其实早在19世纪之前,物理学家们并不知道光速是物体运动的极限速度,还一直认为光是在名为“以太”的介质中传播,后来为了寻找到以太的证据,迈克尔逊和莫雷专门做了一个实验来测量地球在“以太”中的运动速度,
然而实验的最终结果证明,光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的,由此反而间接地否认了以太的存在。
于是爱因斯坦受到迈克尔逊莫雷实验的启发之后,提出了光速不变原理,并建立的著名的狭义相对论。在狭义相对论中除了指出光速不变之外,而且还推导出了一个另一个结论,那就是E=mc。
从公式中我们知道,E是物体所具有的能量,M是物体的质量,C是光速,也就是说“物体蕴含的能量等于它的质量乘以光速的平方
这意味着任何有静止质量的物体都无法达到光速,因为在质能转化下,物体的质量将随着速度的增大而增大,当物体的速度接近光速时,它的动质量将趋于无限大,所以质量不为0的物体是不可能达到光速的。
而且该原理除了限制物体运动速度外,也让人类意识到了一个微小的质量也蕴含着巨大的能量,比如人类研发破坏力超强的原子弹与氢弹,背后都有质能方程的影子
所以爱因斯坦在狭义相对论中断定“任何有静止质量的物体不可能达到光速”那么既然如此,为何说宇宙膨胀和量子纠缠速度又能超越光速呢?
确实宇宙膨胀速度和量子纠缠速度都已经超越了光速概念,但是它们都有一个共同点,那就是不传递任何信息
在1929年,著名天文学家艾德温哈勃在观测遥远的星系时,意外发现大部分星系都存在红移现象,我们知道红移现象是光的多普勒效应所致,当一个天体在远离我们时,光波会被拉长,光谱的颜色会向红色端移动,反之靠近我们会向蓝色端移动。
哈勃正是发现这些天体的共性,无一例外都向红端移动,并且退行的速度与距离成正比,由此证明宇宙在不断膨胀,
后来天文学家通过普朗克卫星测出的最新哈勃常数显示,目前宇宙的膨胀速率大约是67千米每百万秒,也就是说每326万光年的距离就会增加67千米,这意味着在可观测的宇宙边缘,其速度早已超越了光速。
不过话说回来,虽然宇宙膨胀速度已经超越了光速,但其实宇宙膨胀只是单纯的空间膨胀,它并未携带任何信息,所以不受质增效应影响
而量子纠缠速度同样也是,它被称为是鬼魅般的超距作用!在微观世界中,假设你将两个纠缠粒子分开,然而他们无论相距多远都会感应到彼此。
比如一个粒子在地球,另一个粒子在遥远的仙女座星系,那么只要测出地球粒子的自旋方向,从而立马就能知道另一个粒子的自旋方向,因此这种相互作用也远远超越了光速。
虽然这种鬼魅般的超距作用似乎让人不可思议,但却是真真实实存在的,而且同样无法受到质增效应的影响,因为量子纠缠超距作用并没有对一个粒子进行加速,和相对论不违背!
所以我们常说的光速不可被超越,其实是建立在有静止质量的,如果说一个有静止质量物体真的达到或者超越光速,那么现代整个物理学大厦也将彻底崩塌!
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