宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么?

2023年03月26日19:05:03 科学 1638

比如限制光速中的“光速”指的只是“光”的速度,还是指这个特定的速度值(大约30万千米/秒)?

宇宙如果只是限制了“光”的速度,并没有限制别的速度,那么按照逻辑推理,别的东西的速度显然可以超过光的速度,可以达到40万千米/秒、30亿千米/秒……。但狭义相对论的质量效应公式指出:任何静质量不为0的物体的运动速度是不可能达到光在真空中的速度大小的,即299792458米/秒。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

(其中m为物体的质量,m0为物体的静质量,V为物体的运动速度,C为光速。从式中可以看出,当V→C时,分母根式→0,则m→+∞。而物体质量趋向于无穷大,会使物体运动速度难以增大到光速C,因为这需要无穷大的能量才能推动,而这是不可能的。要知道宇宙如果是有限的,那么全宇宙的能量也是有限的。因而宇宙以此来阻止物体的运动速度达到光速。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

由此可见,似乎“限制光速”指的是任何东西的速度不能超过299792458米/秒这个速度值的意思,而非单指“光”的传播速度,因为尽管光在真空中一直是以299792458米/秒这个速度传播的,但在别的介质中的传播速度是小于这个值的。

但反过来讲,任何东西的速度不能超过甚至达到这个值,唯独光可以达到这个速度,并且这个速度对于光来说是不变的。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

换句话说,任何东西永远追不上光,任何东西的相对速度达不到光速,即使两个物体各以大于一半光速相向运动,它们的相互速度,按照伽利略速度叠加原理明明大于光速,可实际情况却并非如此,按照狭义相对论速度叠加原理可知,它们的相互速度是小于光速的。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

(当u′>C/2,Ⅴ>C/2时,u<C)

由此可见,似乎限制的仍然是“光”的速度。那到底是怎样的?

下面我们正式回答一下标题的疑问,我觉得可以换个角度来看这个问题:

应该说宇宙并没有限制光速。实际情况是,光速是宇宙时空的界限,是宇宙物质脱离以时间与空间方式存在的界限。只要达到了光速,物质就可以别的方式存在(以别的方式存在不违反任何法则)。可见是光速限制了宇宙,而不是相反。

光速(这里指的是真空中的光速,即大小为299792458米/秒)看起来虽然是个常数,但它是一个对于任何参考系的“不变常数”,这就给光速赋予了耐人寻味的涵义。因为参考系之间存在相对运动,而光速大小对于每一个参考系却都是一样的。我们知道速度(包括光的速度)就是距离(空间)和时间的比值。光速不变,即这个比值不变。这反映了时空中存在特定不变的东西,应该说光速不变就是时空性质的反映。而每一个参考系就对应着一个时空,因此光速对于任意参考系也就确定不变。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

往深了理解,光速也不是宇宙的速度限制

不变的不是快慢大小,而是与时空的关系。因此严格说起来,光速也不是宇宙的速度限制。假如有一个相对地球以接近光速(比如为光速的90%)运动的物体甲,如果在这个甲物体相同运动方向上还存在一个相对于甲物体以接近光速(比如也为光速的90%)的乙物体,按照上面相对论速度叠加原理,乙物体相对于地球的速度仍然小于光速C的(根据前面的公式算出具体大小为180C/181),而不是1.8C。

这个乙物体相对地球的速度显然比甲物体相对地球的速度(0.9C)要大,虽然从数字上看大不了多少,但如果从“绝对时空观”的角度看,我们都知道乙物体的速度“大小”早“超”光速了。可是宇宙时空并不是绝对的,乙物体相对于地球的速度小于光速是真实有效的,这就是时空的相对性,这个相对性可以看作是一种限制。但另一方面,在乙物体运动方向上光的运动速度相对于乙物体来讲,仍然是光速C(当然在任何方向上,光对于乙物体都是光速C)。这个意思就是,任何物体的速度不论多快,哪怕觉得是几亿倍C了(尽管是不可能的,即使把上面所说的思想实验也算上),也永远追不上光。

宇宙为何要限制光速?背后的玄机又是什么? - 天天要闻

因此从这个意义上说,光速一点也不小,它实质上并没有限制宇宙速度

关于多重宇宙与光速的关系问题

关于这个问题,我的理解是压根不存在多重宇宙,即平行宇宙。不过也许存在更高维的宇宙,有关这方面的讨论我在有关文章中有详述,这里不再讨论。而光速应该是脱离本维度宇宙时空的界限,可以进入更高维度或根本不以时空方式存在的宇宙。

科学分类资讯推荐

“长江三剑客”之一的极危物种,现身府河 - 天天要闻

“长江三剑客”之一的极危物种,现身府河

近日,鱼类科研工作者王新越进行鱼类资源调查时,在府河孝感段发现“长江三剑客”之一的极危物种——鳤(guǎn)。今年5月1日,在府河水域发现“长江三剑客”之一的极危物种——鳤。王新越 摄这尾鳤体长36厘米,体重290克。“这已经是长江十年禁渔
颜宁发声:网传不实,已投诉! - 天天要闻

颜宁发声:网传不实,已投诉!

5月4日,著名科学家颜宁在其微博发布声明,辟谣网传简历。颜宁表示:“一份不知道谁缺乏常识造出来的真真假假的简历从前年就开始流传,哪怕也许出于好心,也是不对的,已被我投诉掉了,不知道为啥现在又被翻出来。”她呼吁尽快清理相关信息。
立夏:跃动夏始,拔节生长 - 天天要闻

立夏:跃动夏始,拔节生长

5月5日,立夏,跃动夏始,拔节生长。立夏是夏季的第一个节气,由春到夏,万物从复苏到成长,由萌芽至蓬勃,绿色铺满大地。立夏时节,蝼蝈鸣,蚯蚓出,藤蔓蜿蜒攀墙,大自然以热烈的姿态迎接盛夏。暑气初显,宜顺应夏季昼长夜短的规律,适时调节生活节奏,确保有充足的睡眠。对于夏季运动的原则,《黄帝内经》提倡“无厌于日...
最新研究称地球海洋可能会变成紫色 几亿年前呈绿色 - 天天要闻

最新研究称地球海洋可能会变成紫色 几亿年前呈绿色

【CNMO科技消息】我们常说地球是蓝色星球,但其实这种颜色并不是一直如此,也不会永远不变。有研究指出,地球的海洋在过去曾经是绿色的,而如果未来环境发生重大变化,它们甚至可能会变成紫色。 这项研究主要探讨了数十亿年来海洋颜色的变化过程,发现这和海水的化学成分以及光线在水中的折射方式密切相关。在3.8到18亿年前...
清华大学徐军课题组《自然·通讯》:揭示稀溶液结晶的临界晶核尺寸不随溶液过饱和度变化 - 天天要闻

清华大学徐军课题组《自然·通讯》:揭示稀溶液结晶的临界晶核尺寸不随溶液过饱和度变化

结晶是无定形基元有序堆积形成晶体的过程,是自然界中最普遍和基本的有序化过程之一。结晶过程通常遵循成核-生长路径,成核过程中自由能最高点对应的晶核尺寸被称为临界晶核尺寸。小于临界尺寸的晶核往往会在热涨落中再次熔化或溶解,而大于临界尺寸的晶核则会进一步生长成为稳定的晶体。很多情况下,临界晶核的形成是结晶...
今日立夏,要做这些事! - 天天要闻

今日立夏,要做这些事!

说吧你有多久没称体重了什么?你说你看到秤上飙升的数字就会呼吸困难心跳加速想要晕倒怀疑是对称体重这项活动严重过敏?
开屏见“好”|他带濒临倒闭药厂扭亏为盈,打破国外技术垄断 - 天天要闻

开屏见“好”|他带濒临倒闭药厂扭亏为盈,打破国外技术垄断

《开屏见“好”》栏目,聚焦山东好人好事,让普通老百姓上封面、上开屏、上首屏,用最突出的位置推介“身边的榜样”,讲述精彩山东故事。本期人物是“五一特辑·致敬奋斗者”系列。4月28日上午,庆祝中华全国总工会成立100周年暨全国劳动模范和先进工作者表彰大会在北京隆重举行,齐都药业集团党委书记、董事长郑家晴获评全...
百草谱(五十一)龙葵 - 天天要闻

百草谱(五十一)龙葵

一、形态特征龙葵属茄科茄属一年生草本植物,植株高度通常在30-100厘米之间。其茎直立生长,呈圆柱形,具有纵棱纹,多分枝,幼枝被稀疏柔毛,老枝逐渐光滑。叶片互生,卵形或心形,长2.5-10厘米,宽1.5-5.
叶培建院士为大山孩子点亮航天梦 - 天天要闻

叶培建院士为大山孩子点亮航天梦

今天是太空与您相伴的【第2569期】国 内 航 天叶培建院士为大山孩子点亮航天梦近日,叶培建院士来到四川省凉山州普格县附城小学,带来了一堂别开生面的航天精神大讲堂。这场温暖的相遇,源于叶培建院士心底的双重牵挂。在西昌卫星发射中心,叶院士担任总指挥、总设计师和顾问的每一次任务,都取得了圆满成功,无数个日夜的...