愛因斯坦在20世紀(jì)初發(fā)表的狹義相對論認(rèn)為:光速是我們宇宙的極限速度,任何靜止質(zhì)量不為0的物體無法達(dá)到光速也無法超過光速。
而在更早的19世紀(jì),物理學(xué)家麥克斯韋已經(jīng)證明了光的本質(zhì)就是電磁波,所以每秒30公里的電磁波才能在一秒內(nèi)繞地球赤道7.5圈,可以說近兩個(gè)世紀(jì)以來的電磁波通訊,以及目前的全球互聯(lián)網(wǎng)都?xì)w功于愛因斯坦和麥克斯韋。
但伴隨著人類文明探索宇宙進(jìn)度的加快,科學(xué)家越來越意識到光速的“緩慢”了,舉例來說:地球上的控制中心想要與月球探測器取得聯(lián)系的話,就要忍受兩秒多的延遲,因?yàn)榈卦轮g距離38萬公里而光速只有每秒30萬公里,信息每往返一次就需要2秒多一點(diǎn)。
如果是和火星聯(lián)系的話,通訊延遲就會(huì)變成23分鐘左右,具體準(zhǔn)確時(shí)間要看當(dāng)時(shí)地球與火星的距離,而如果想和220億公里外的旅行者一號探測器取得聯(lián)系,就得忍受一來一回長達(dá)40個(gè)小時(shí)的通訊延遲,由此不難看出光速在宇宙中其實(shí)就是龜速,一秒能繞地球七圈半的它在宇宙中其實(shí)是最慢的信息傳遞介質(zhì)。
那么宇宙中有沒有超光速現(xiàn)象呢?
答案是有,并且不是一種而是三種,最重要的是這三種超光速現(xiàn)象已經(jīng)被科學(xué)界普遍承認(rèn)了,并不違反愛因斯坦的狹義相對論。
首先是第一種:宇宙膨脹速度超光速
宇宙膨脹最早于20世紀(jì)20年代被美國天文學(xué)家埃德溫.哈勃發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)他注意到除了仙女座星系外的其他星系光譜都在向紅色端移動(dòng),也就是紅移,而在物理學(xué)中紅移代表著光源正在遠(yuǎn)離觀察者,于是在絕大部分星系紅移被確定后,哈勃得出了宇宙正在膨脹這一結(jié)論,并且距離地球越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離地球的速度越快。
后來的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果表明,宇宙時(shí)空在145億光年外的膨脹速度正式超過光速,也就是說145億光年之外的星系正在以超光速遠(yuǎn)離地球,它們發(fā)出的光也永遠(yuǎn)不可能飛到地球,所以145億光年外的星系其實(shí)是永久失聯(lián)狀態(tài)。
在此需要指出的是,星系本身的超光速移動(dòng)是因?yàn)橛钪鏁r(shí)空本身的超光速膨脹,而時(shí)空本身并不具備質(zhì)量,所以不受愛因斯坦相對論的約束,因此宇宙時(shí)空本身的超光速膨脹并不違反相對論,因?yàn)橄鄬φ摷s束的僅僅是宇宙時(shí)空之內(nèi)的物質(zhì),而非時(shí)空本身。
第二種超光速現(xiàn)象是量子糾纏的反應(yīng)速度
作為和相對論齊名的現(xiàn)代物理學(xué)兩大支柱之一,量子力學(xué)中的量子糾纏一直以來都倍受科學(xué)家關(guān)注,具體而言:一對量子如果曾經(jīng)發(fā)生過關(guān)系而后來又分開了,那么它們之間不論相隔多遠(yuǎn)都能瞬間感應(yīng)到彼此,一個(gè)量子發(fā)生改變的瞬間另一個(gè)也會(huì)發(fā)生改變,縱然把它們分開千萬光年,正在鬼魅般的超距作用也依然存在。
不過對于量子糾纏的具體成因,科學(xué)界目前還談不上很清楚,只是把它當(dāng)做量子力學(xué)的基本屬性之一來對待的,至于它為什么能超光速糾纏,則是因?yàn)榱孔蛹m纏本身不能傳遞信息,不違反因果律,所以也不違反相對論。
第三種超光速現(xiàn)象是蟲洞
這是一種目前還存在于相對論預(yù)言中的宇宙結(jié)構(gòu),天文學(xué)界甚至不知道在今天的宇宙中是否依然有天然蟲洞存在。
蟲洞不同于黑洞,它實(shí)際上是由兩個(gè)位于宇宙不同區(qū)域的時(shí)空點(diǎn)連接而成的“橋梁”,也叫“愛因斯坦-羅森橋”,它能存在是因?yàn)橛钪鏁r(shí)空是可以被質(zhì)量彎曲甚至是折疊的,而折疊后的時(shí)空可以將兩個(gè)相隔數(shù)千萬光年甚至數(shù)億光年的兩個(gè)位置拉近,從而實(shí)現(xiàn)穿越蟲洞就穿越若干光年的效果。
遺憾的是,雖然蟲洞屬于相對論預(yù)言的產(chǎn)物,但宇宙學(xué)家認(rèn)為它只在宇宙大爆炸之初的高溫高壓狀態(tài)下短暫存在過,在138.2億年后宇宙溫度接近絕對零度的今天,天然蟲洞已經(jīng)失去了存在的土壤,而人造蟲洞目前也還沒有相應(yīng)的理論支撐。
所以蟲洞極其相關(guān)的研究往往常見于科幻作品中,現(xiàn)實(shí)中的物理學(xué)距離蟲洞還比較遙遠(yuǎn),距離相對論和量子力學(xué)的極限也很遙遠(yuǎn)。
作為目前科學(xué)界公認(rèn)的三種超光速現(xiàn)象,宇宙膨脹和量子糾纏以及蟲洞,在未來一定會(huì)被研究得更加細(xì)致,科學(xué)界目前篤定的關(guān)于它們的一系列事實(shí),也許在不久的將來就會(huì)被修正,就像當(dāng)年的牛頓引力論被愛因斯坦的廣義相對論修正一樣。
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