光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界

2022年10月03日04:33:03 科学 1034

光速到底有多快?上一秒你在地球上看日出,下一秒就在月球轨道附近,而人类的探测器去月球轨道要100多个小时。

如果人类以光速飞行,从1977年发射旅行者号算起,我们已经航行了40多光年的距离了。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

地球与太阳光

但是这或许只是白日做梦,人类制造出来的速度最快也是只无限逼近光速,完成这项壮举的是粒子,不是宏观的物体。

那么,宇宙中有比光速还快的速度吗?速度的最大极限是多少?

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

光速飞行

光速

人类很早就意识到了光的重要性,早在远古时期,没有太阳的日子人们会觉得天塌下来了,于是纷纷把太阳作为自己的图腾古埃及玛雅文明以及我国的三星堆文明都将太阳视为自己的信仰。

人们第一次深入认识光是牛顿三棱镜制造出第一条人造彩虹,那一刻牛顿才知道,光居然是一种“混合物”

牛顿还认为光是七色粒子组成的,出现彩虹是因为粒子落到了不同的区域。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

三棱镜与彩虹

另一位研究弹簧的科学家胡克则认为,光是一种波,它可以拉伸、缩短,出现七色光实际上就是因为它们被不同程度拉伸了

牛顿和胡克其实都对了,但是没有完全对,二者结合起来才是真的光,既有粒子的特性,也有波的特性,这叫波粒二象性

既然光是一种一种波,那么这个波是有速度、频率、波长的,之后科学家们对光进行了彻彻底底的分析。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

当光照射过来

其实早在1676年就有天文学家奥勒·罗默发现光的速度非常快,飞行9000英里的距离只需要1秒钟左右。

这个时期人们对光的性质还没有定性,以巴黎天文台为首的科学家反对它的光速理论,但是奥勒·罗默获得了牛顿等科学家们的支持

也正是从这以后,光速很快的概念深入到了每一个物理学家的心中。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

第一个测量光速的奥勒·罗默

而真正让光速成为王道速度的人是爱因斯坦,他指出无论在哪个体系中,光速都是不变的。

爱因斯坦的理论诞生一个新的概念——时空现代的穿越剧祖师爷非他莫属,没有爱神的相对论,所有穿越剧都没有科幻理论支持,容易让人觉得假。

可是一旦引入爱因斯坦的理论,那么无论什么穿越都变得合情合理起来

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

爱因斯坦和他的质能方程

在爱因斯坦大神的时空观里面,达到光速98%其实就已经可以穿越时空,看到过去发生的事情。

同时,爱因斯坦根据自己方程式的变化式子得出结论,没有物质能够超越光速,我们如果想要达到光速,就得付出质量无限大的代价,很显然宇宙没有无限大的物质。

那么,人类真的不能超越光速吗?

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

人类设想的曲率引擎

难以超越

人类是宏观物质,不但超过不了光速,甚至连达到光速的1%都很困难,真正接近光速的是那些微观粒子

利用电场给带电粒子加速,让它们达到更快的速度,并利用磁场控制它们的运行轨迹,最终达到想要的效果。

人类加速的最快粒子速度无限逼近光速的99.99%始终无法真正成为光速,而最快的宏观飞行器是帕克太阳探测器,最快速度是72万公里/小时,这个速度,真的是连光速的尾气都看不到

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

粒子加速器

而且,就算人类真的达到了光速,想要探索宇宙也是很困难的,因为人类还有一个问题难以克服,那就是时间。

宇宙中的距离已经无法用常见的千米来测量,它需要动用一个天文数字——光年

公里仅限于一个恒星系内使用,当涉及到恒星之间的距离时,应该使用光年

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

我们的邻居比邻星

比如我们的邻居恒星到地球的路程是4.2光年,光速飞行耗时4年多,这个时间人类还能接受

那么再比如超级地球格利泽581g,它与地球的距离是21光年,经历21年到达,青年变中年。

另一颗超级地球开普勒22b,距离地球638光年,用光速飞过去,得从明朝开始飞起,没人能活这么长的时间。

更何况到达光速本就是不可能完成的事情,至少现在我们不可能。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

地球和开普勒22b

超越光速的存在

光速是人类已经最快的速度但不是宇宙最快的速度,因为光速有两个方面无法完成:

第一个是逃离不了黑洞的引力,另一个就是追不上宇宙膨胀的步伐

黑洞是宇宙中的一个天体,它质量很大但是体积却很小,密度特别大,任何物质靠近都会被吸引进去,光也不例外。

起初人们认为光不会被任何天体吸引,因为已经证实光子没有静止质量,按照牛爵爷的万有引力,需要双方的质量。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

黑洞吞噬光

但是爱因斯坦认为,引力并不是质量产生的,它是天体周围的空间发生了弯曲,导致周围的空间凹下去了。

光子没有静止质量但是它是物质,当它靠近引力场的时候,会顺着弯曲的空间掉下去。

一般的引力场太弱,即便发生了些许偏转,也很难发现,只有引力场足够大的,才能改变光的直线传播,比如中子星和黑洞。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

引力场

这就是像河流表面的旋涡,光子就是漂浮在河面的树叶,树叶靠近旋涡被吸引进去,于是我们看不到树叶了。

同理,黑洞将光吸收,我们看不见它发出来的光,于是黑洞在人类看来就是黑漆漆的。

光逃不出黑洞的“五指山”,黑洞内部有比光速更快的物质,只是我们看不见,光进去之后,说不定就会变成这种物种。

还有一种超越光速的存在,那就是宇宙膨胀的速度

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

宇宙的膨胀

光是在宇宙大爆炸的时候产生的,如果我们把宇宙爆炸的点称为起点,那么宇宙的边界就是爆炸的终点

我们观测到的宇宙范围,并不是大爆炸的终点,因为在爆炸之后很长一段时间里,膨胀的速度大于光速。

光正在努力追赶宇宙的边界,所以我们看到的宇宙并不是真正的宇宙只是宇宙的一部分

膨胀速度大于光速的证据就是红移即在膨胀的空间里,光被拉长了

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

光波被拉长

科学家们已经验证了光是一种波,当它被拉长后,颜色会偏向于红色,并逐渐离开可见光的区域,变成红外线

如果光速比宇宙膨胀的速度快,那么宇宙中的光应该是被压缩的,它会出现蓝移,但是宇宙中的光是红移,这说明光没有追上膨胀的空间

不管是蓝移还是红移,我们能看到的光都会消失,所以天文学家哈勃曾说过,人类能观测到的星系其实是越来越少的。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

可视宇宙

速度与激情

人类的速度对于宇宙来说太慢了,一部分天文学家们对于人和宇宙的关系很悲观,他们认为宇宙早已经确定,我们人类只是其中的一个过程

这就像你我的结局已经注定,或许前方是不归之路,但我们不知道,还怀着希望向前走去

是不是感觉很绝望,宇宙就和它的温度一样冰凉,如果不是因为还有尘埃,宇宙的温度将会是绝对的零度,尘埃反而成了宇宙“温暖”的来源。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

宇宙的尘埃

可谁又能否认,人类不是宇宙的尘埃呢?

人类对于宇宙来说算是物质,我们也是大爆炸的产物,我们的质量来自宇宙大爆炸的能量。

作为人类的代表,旅行者1号和2号朝着宇宙的空间前进,它们也在追逐宇宙,犹如蚍蜉与大树。

光速是不是已知的最快速度?速度极限是多少?带你感受速度的世界 - 天天要闻

飞向宇宙

有趣的是,爱因斯坦的相对论只说到了回到过去,却没有说到前往未来,因为未来永远比人类快一步。

科学分类资讯推荐

中国交付全球最大“人造太阳”重要部件 - 天天要闻

中国交付全球最大“人造太阳”重要部件

近日,全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆(ITER)计划磁体馈线采购包项目迎来关键节点,其最后一套校正场线圈内馈线部件在合肥竣工,并交付起运位于法国的ITER现场。这标志着ITER磁体馈线系统中所有超大部件的研制顺利完成。ITER磁体馈线系统由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研制,被称为ITER磁体系...
张振丰调研温州学研究联合会 构建中国学视野下的温州学研究体系 - 天天要闻

张振丰调研温州学研究联合会 构建中国学视野下的温州学研究体系

4月13日,副省长、市委书记张振丰在温州学研究联合会调研时强调,要深入学习贯彻习近平文化思想和习近平总书记考察浙江重要讲话精神,坚持“立足温州、研究温州、服务温州”,深化时间维度、放大空间维度,贯通历史研究温州、跳出温州研究温州,努力打造温州建设高水平文化强市的重要窗口、具有全国影响力的地方学术研究的...
土拨鼠等动植物不得携带入境!关于国门生物安全,你要知道这些 - 天天要闻

土拨鼠等动植物不得携带入境!关于国门生物安全,你要知道这些

极目新闻记者 张秀娟通讯员 赵梦洁 黄晓彧 林敏“小朋友们,外来入侵物种包括哪些呢?”“在咱们出国旅游前,需注意哪些问题呢?”4月12日,在第十个全民国家安全教育日来临之际,武汉海关在武汉天河国际机场开展了一场别开生面的“海关开放日”活动。15名小学生化身“国门小卫士”,零距离体验、参与海关全民国家安全教育...
月球上跳一跳,轻松打破跳高世界纪录!这个展会,解密引力奥秘 - 天天要闻

月球上跳一跳,轻松打破跳高世界纪录!这个展会,解密引力奥秘

顶端新闻记者 杨逍 文 时硕 图如果你向往星辰宇宙,那你是否幻想过在其他星球上跳跃?在本次国防展的“星球重力”互动体验机前,你每次的纵身一跃,都会化身成屏幕中身穿宇航员服的小人,来到月球、金星、火星、火卫二、土卫一等星体上,屏幕的上方记录着你的跳跃高度。在月球,你轻轻一跃就能达到3米高度,轻松打破2.45米...
4月13日石家庄强风显著增强的原因 - 天天要闻

4月13日石家庄强风显著增强的原因

4月13日石家庄强风显著增强的原因,是多重气象条件和地理因素共同作用的结果。根据气象监测和专家分析,此次强风具有以下关键成因:一、极端天气系统的叠加效应1.
神十九乘组“太空出差”倒计时:各项空间科学实(试)验稳步推进 - 天天要闻

神十九乘组“太空出差”倒计时:各项空间科学实(试)验稳步推进

IT之家 4 月 13 日消息,据央视网报道,神舟十九号航天员乘组的“太空出差”之旅即将进入倒计时。上周,神十九乘组稳步推进各项空间科学实(试)验,在开展站内环境监测、设备检查维护等工作同时,积极开展健康维护。神十九乘组利用脑电设备开展了多项实验的测试工作,地面科研人员将利用获取的数据探究重力对视觉运动信息...
感受活力丨机器人正在进化中……这样的“生活搭子”,你喜欢吗? - 天天要闻

感受活力丨机器人正在进化中……这样的“生活搭子”,你喜欢吗?

模仿人类奔跑、跳跃、空翻,像人一样说话、思考甚至察言观色。这不是科幻电影对未来的虚构,而是2025中国机器人产业阔步向前的现实。小时候的你,是不是也曾畅想过:家里有一个机器人,能买菜、做饭、铺床、扫地,帮你干农活,还可以照顾家里老人……时至今日,这些“天马行空”的想象,正在变成现实。“12点了,您该吃药了...