在爱因斯坦提出相对论后,我们才知道质量物体的速度有一个极限,即光速,而有质量物体只能无限接近光速,不可能达到光速 。能达到光速的物质是那些没有质量的粒子,如光子、胶子、引力子,这些粒子的本质必然是以光速运动 。
在许多人看来,光速是一种极快的超级速度,如果是在地球上,有这种速度你就能在地球的任何地方快速飞行 。所以光速在宇宙中是一种非常快的速度吗?即使我们的视野仅仅停留在太阳系中,光速也是很快的,太阳系中的单光范围只需一年就能被观测到 。
可以把视野放在整个星系上,光速就不会那么快了,直径为100,000光年的星系,需要100,000年才能走出来 。假如我们把视野继续扩展到整个可观察的宇宙,光速就像龟速一样慢,930亿年后才能从可观察的宇宙中出来,你说它慢不慢 。
因此面对宇宙时,光速其实并不重要,以这样的速度还不能进行星际航行,不能真正探索宇宙 。看这,也许很多人对人类的未来都充满了失望和困惑,因为根据相对论,质量物体的速度只能无限接近光速,即使将来我们把飞船的速度提高到99.999%,也只能探索非常有限的范围,无法探索整个宇宙 。
如果没有星际航行的能力,想要真正了解宇宙,无疑是不可能的,难道宇宙中的光速真的无法超越吗?实际上也不是,目前人类已经发现了三种超光速的速度 。
宇宙大爆炸时膨胀率 。
质体不能达到光速的主要原因是,物质拥有的动能随速度的增加而增加,当速度无限接近于光速时,动能就会变得无限大 。此时,物质所含的总能量将变成无限大,而质量将变成无限大 。因此,物质要达到光速,需要无限的能量,但是,在可观察到的宇宙中,我们能得到的能量是有限的 。
材料不能达到光速,这是科学家进行了大量能量实验后得出的结论,目前人类通过粒子对撞机已能将粒子加速到299792,455米每秒,与真空中的光速相比仅差0.000001%,可以说非常接近光速 。
尽管物质的极限速度是光速,但太空扩张则不在此限 。许多朋友都知道,宇宙起源于奇点大爆炸,在138亿年前,它仅仅是一个奇点,在某种未知的力量的作用下,它开始迅速膨胀,从10^-41秒开始到10^-36秒,并经历了短暂的爆发 。
【这三种速度远超光速 秒杀光速的三种速度】
在这个短暂膨胀期,空间中的真空能量开始衰变到物质中,产生我们现在知道的所有物质粒子和未知的反粒子,这个过程叫做再加热期,也就是热大爆炸的开始 。
在此期间,宇宙膨胀得非常快,达到了惊人的速度,那么有多快?宇宙大爆炸后的一秒内,宇宙拥有1光年的距离,1年后,银河系也拥有1光年的距离,这个速度远远超过了光速 。
138亿光年之外的宇宙膨胀速度 。
宇宙空间自诞生以来,经过短暂的膨胀阶段后,并未停止膨胀,而是不断加速膨胀 。距离我们越远的星系,离我们也越快,即距离我们越远,根据目前的观察,宇宙的膨胀速度是每百万光年20公里/秒,也就是说,每隔1百万光年,宇宙的膨胀速度就增加了20公里/秒 。
以此速度计算,目前136亿光年外的星系空间,都在以超光速远离地球,而从地球发出的光子无法到达地球,我们也无法观察到138亿光年外的星系,因此就有了可观测的宇宙范围 。
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