自從愛因斯坦提出了相對論之后,我們就知道了宇宙中所有有靜止質(zhì)量的物質(zhì)都不可能達到和超過光在真空中傳播的速度——
299792458米/秒。只有那些沒有質(zhì)量的粒子才能夠達到光速,比如說光子,還有引力的傳播速度。
為什么任何有靜止質(zhì)量的物質(zhì)都無法達到光速呢?
從愛因斯坦的相對論中,我們知道了物質(zhì)和能量的關(guān)系,那就是著名的愛因斯坦質(zhì)能方程E=MC^2。從這個式子中我們知道,因為光速不變,一個物質(zhì)的能量和它的質(zhì)量成正比。而且速度越快,物質(zhì)的質(zhì)量也就越大。
一旦一個物質(zhì)的速度達到光速,那么它的質(zhì)量就會變得無窮大,它的能量也就變得無窮大。換一句話來說,要想讓一個有質(zhì)量的物質(zhì)達到光速,那么必須提供無限的能量。目前,我們根本無法做到這點,因此,愛因斯坦才會說任何有靜止質(zhì)量的物質(zhì)都不能夠達到光速。
目前,人類能夠達到的最快的速度是299792457.9964米/秒,達到了99.99999988%的光速,而這個速度,只不過是將一個質(zhì)量幾乎可以忽略的電子加速到極為接近光速的地步,這還利用了歐洲大型的粒子對撞機,耗費了無數(shù)的能量。
肯定很多人有疑問,為什么沒有質(zhì)量的光子的速度會被限制在
299792458這樣一個數(shù)字呢?
這和宇宙中一種神秘的物質(zhì)——高能粒子有關(guān)。
在宇宙中,存在著無數(shù)因為超新星爆炸、黑洞輻射等原因,形成的高能粒子。超新星爆炸等原因,會將這些高能粒子擁有一個非??斓乃俣?,并且攜帶了高達10^19ev的能量。
雖然這些能量很大,能夠?qū)⒘W蛹铀俚椒浅?斓乃俣龋遣⒉荒艹^光速。因為這些粒子在傳播的過程中,會和宇宙中由于大爆炸產(chǎn)生的宇宙微波背景輻射相撞。在粒子穿過宇宙微波背景輻射時,會讓光子和高能粒子相撞,從而產(chǎn)生新的粒子——正負電子對或者是中性π介子。
當高能粒子攜帶的能量達到10^17ev時,會產(chǎn)生正負電子對,當能量高于5*10^19ev時們就會產(chǎn)生中性π介子,這些新產(chǎn)生的粒子會帶走一部分能量。因此,所有粒子所攜帶的能量都不可能超過5*10^19ev,這個數(shù)值被稱為GZK閾值。
所以,這既是為什么宇宙中的所有物質(zhì),包括光子、帶電粒子、宇宙射線等速度,都會被限制在光速
299792458米/秒極其以下的原因。
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