光速是世界地球上最快的速度度吗?

    之前一连写了5篇文章,漫谈了暗物质、暗能量与反物质——虽然人类还看不见摸不着,却占了超过95%的整个宇宙,甚至是主宰宇宙命运的“东西”。文章刊发之后,收到了不少读者的热烈反馈。其中有个读者询问,在《漫谈暗能量与反物质(上)》的文章中提及:“那些可观测的星系,正以光速一般(甚至更快)的速度远离我们……”不是说宇宙中最快的速度是光速,那星系远离我们的速度怎么可能超光速呢?

    其实这里提及的速度,是指宇宙的膨胀速度,其退行的速度超光速并不违反相对论,因为这只是空间本身的运动,并没有能量或信息的传递。

    光速是指光在真空中的速率,是一个物理常数,简写“c”,精确值为299,792,458米/秒,平时常用30万公里/秒。

    众所周知,在相对论中,爱因斯坦提出了“光速是宇宙中的速度极限”的猜想。这一猜想虽然在理论和实践上还有待进一步探讨,不过就目前所掌握的知识来分析,这一猜想是正确的。更为严谨的解释应该是:光速是宇宙中所有的物质运动、信息传播的速度上限,也是所有无质量粒子及对应的场波动在真空中运行的速度。

    根据质量和能量的守恒,粒子的质量转变为能量,以爱因斯坦提出的最著名的质能转化(或等价)公式:E=mc2(E = mc2,E代表Energy,即能量;m代表Mass,即质量;c就是光速)。当物体达到25%光速时,物体的质量将随着速度的增加而增大;当物体的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大。

    根据这一公式,有质量的物体到达光速是不可能的,而光子没有引力质量,也就是质量为“0”,即光子的整个质量已彻底变为能量,所以光子的能量达到了极限,那么光子的速度也达到了极限,这就是光速极限的道理。而电磁波在真空中的速度,与光速也是相同的。

    不过,如果光速极限的理论是正确的话,那么人类将永远无法建造一艘达到光速的飞船,超光速旅行则更是不可能的。这使得科幻作品之中的时间机器以及通过时间机器改变历史的“桥段”都无法实现了,科幻迷们能甘心吗?

    举例来说。距离我们太阳最近的一颗恒星称为比邻星,位于半人马座,距离太阳近40万亿公里,约4.22 光年,即使乘坐一艘高达99%光速的飞船(几乎不可能建造这样的飞船),往返地球也需要8年半,可想而知,宇宙之大,虽说是“比邻”,其实也远在天涯。

    如果在临近的星系中存在外星文明,如传说中的小灰人来自于Zeta双星座,距离地球39光年;再比如地球的上古文明中提到的猎户座外星文明,往返地球则需要3000光年。也就是说,这对于所有不以永生状态存在且有生老病死的生物体来说,太空旅行如果只是为了寻找外星文明,似乎都是没有意义的。

    1969年,阿波罗10号月球飞船返回地球时,加速到了每秒11公里,这是有史以来载人飞船的最高速度,使得其中三名宇航员成了史上最快的人。不过,依照这个速度去拜访小灰人的家乡,需要156万年!

    2018年,为了研究太阳风而发射的帕克太阳探测器,最高速度达到了每秒95公里,这是人类迄今为止建造的速度最快的飞行器。但是,即使这个速度也只到了光速的0.03%(万分之三)。

    问题是,如果是使用火箭燃料的飞行器,想要飞得越快就要添加更多的燃料。假设一艘重10吨的飞船,随着不断增加的速度,根据质能转化公式,若要将飞船加速到光速,需要的能量将是无穷大!即使把整个宇宙的全部能量用来给这艘飞船加速,使其达到光速,也是不可能完成的任务!

    既然普通火箭使用化学燃料存在推进上限,科学家首先想到的是寻找更有效率的燃料来提高飞船速度,

    在很多科幻电影中,一些炫酷的太空船尾发动机喷出的一团幽蓝色的光,是使用了离子推进器。

    离子推进器(Ion Thruster,又称离子发动机)的原理,是先将气体电离,然后用电场力将带电的离子加速后喷出,以其反作用力来推动火箭。这是目前已实际应用的火箭技术中,最为经济的一种,因为只要调整电场强度就可以调整推力,由于比冲(Specific impulse)远大于现有的其他推进技术,因此只需要少量的推进剂,就可以达到很高的最终速度,而不需要携带太多燃料。

    不过,离子推进器的缺点是,它不能像化学燃料那样,在瞬间爆发出巨大的推力,即使在太空中也需要很长的时间进行加速。离子推进器即使应用在真空的环境中,也需要经过几个月、甚至几年的时间的持续推进后,才会获得比化学燃料推进快很多的速度。因此,这使得离子推进器特别适合远距离航行中的太空飞船。

    前几年,欧洲宇航局(ESA)的科学家试验了一种新型的“吸气式电推进器”——利用电场和磁场来电离气体(通常为氙气),然后将这些粒子喷射出来,以产生推力。它能够在稀薄的空气中运行,有望让卫星在天空中运行更长久以及减少阻力。装填了占飞船质量90%的燃料,最终使飞船达到每秒700公里的速度,相当于光速的0.23%,与之前相比,虽进一步接近了光速,但离开光速还是差得很远很远。

    这说明了,一定得有一种理论及技术,可以绕开光速极限,以达到超远距离旅行的目的。目前是否有这样一种手段,来绕开这一光速极限的规则,以达到超光速的目的呢?是否还有其他方法呢?

    (作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问,科幻作家)

很多人都有探索太空的想法。但是受限于我们人类飞船的速度太慢,至今都只能徘徊在太阳系内。而论起我们的载人技术就更加的落后,我们当下只能在月球和火星上实现登陆。那么要到什么时候我们才能够飞出太阳系呢?有科学家指出,只要速度变得极快,我们就能飞出太阳系。

例如我们想要飞出太阳系,首先就要让自己的速度突破第三宇宙速度。也就是16.7公里每秒。只有这样才能逃脱太阳的引力。而当下我们的新视野、旅行者、先驱者等系列的飞出都拥有这样的速度。但是这样的速度仅仅是能逃脱而不是最快的。据说只有速度达到光速也就是30万公里每秒,我们才能最快地飞出太阳系。

但是这个最快也是有说法的 。例如太阳系的直径是1光年,那么如果要穿越整个太阳系就需要1光年的时间。因为有的科学家认为光速几乎是不可超越的。如果物质可以超越光速,那么整个宇宙就完全乱套了。而且也会分崩离析。

光子、交子、引力子这三个粒子在传递着电磁力、强力、引力。这三种基本力将粒子结合在一起组成了万物。如果一个物质可以跑得比这三个粒子快,那么这三个粒子都追不上这个物质,怎么能将物质结合在一起呢。万物是不是分崩离析了,因此有些物理法则是不容易被挑战的。

但其实在宇宙当中,还存在3种速度,是可能超越光速的。人类如果能够加以利用,说不定能够实现“超光速”。

1、首先就是宇宙诞生时空间暴涨的速度

根据哈勃红移现象,我们的宇宙,是正在各点均匀地膨胀的,而且膨胀的速度甚至超越了光速,周天所有的天体,都在以一定的速度原理地球。因此人类能够观测的宇宙半径,也被超过光速的宇宙膨胀速度,牢牢地限制在了一个固定的范围内。如果人类能够利用宇宙自身的膨胀,来实现空间跃迁,也是能够超越光速的。

科学家认为宇宙当中存在很多“虫洞”,也就是低维度时空的一种通道,利用这种通道就能够实现高维度时空的运动,用一种不可思议的方式实现时空穿越。有的科学家认为宇宙中存在的黑洞就是虫洞的入口,同时相对应的“白洞”也就是虫洞的出口,不过目前人类目前没有发现过和黑洞对应的白洞。如果人类能够利用虫洞来实现空间的跃迁,那么速度自然也是超过光速的。

著名物理教授杰拉德·克利弗尔就曾提出,当处于纠缠态的两个量子,是存在一定关联的,而且保持高度的一致性。无论它们相隔多远,只要能够观测到其中一个量子的状态,马上也就能得出另一个量子的状态。如果人类能够利用量子纠缠传递信息,或者也能实现“空间传送”,那么速度一定是超越了光速的。

以上就是在宇宙当中存在的,有可能超越光速的现象。但是人类如果要加以利用,以目前的科技水平来看,仍然是天方夜谭。目前人类尚且处在卡尔达舍夫文明等级的0.75级,连最低级别的第1级都没有达到。但是如果人类能够达到3级文明,说不定就可以实现对这3种速度的驾驭。

对此你们又有什么看法?欢迎下方评论区交流探讨。

来源:中国气象报社   发布时间:

  闪电,是大自然神秘而壮观的现象之一。它很早就被人类观测到并记录下来,如我国古代的《周易》就记录了发生在公元前1078年的一次球形雷,这也是世界上最早的雷电记录。 1749年,富兰克林用风筝实验证实了闪电其实是大气中发生的火花放电现象。当发生闪电时,会放出大量的光和热,沿途空气被强烈加热、水滴迅速气化、体积骤然膨胀而产生冲击波,使空气产生猛烈的震动,由此产生的声音就是雷鸣。闪电和雷鸣都是常见的自然现象。

  一般情况下,雷电多在人们没有防备的一瞬间发生并完成,所以一直以来,雷电给我们的印象就是迅速、猛烈。早在战国时代的《六韬》一书中,古人就对雷电的迅猛进行了总结:“疾雷不及掩耳,迅电不及瞑目。”这就是我们今天常说的“迅雷不及掩耳”的出处。

  事实上,和闪电的速度相比,雷声的速度简直是“弱爆了”,但是关于闪电的速度,学者和专家们一直没有得出比较确切的结果。很多人认为“闪电的速度就是光速,就是30万千米/秒”,而也有不少人表示不认同,并展开了激烈的争论。那么闪电到底有多快,它和光速是不是一回事呢?

  这得从闪电的发生过程说起。在一次正常的闪电前,云里的电荷分布是这样的:云的上部以正电荷为主,中、下部以负电荷为主,底部有少量的正电荷。当正、负电荷的量达到一定的水平时,就会引起放电,这就是我们平常所见的闪电现象。闪电可以发生在同一块云的不同部位之间,也可以发生在云与云之间、云和地之间。发生在云和地之间的闪电称为云—地闪电。由于云—地闪电与我们人类的活动和生命安全密切相关,所以对它开展的研究也最多。通过高速摄影仪器我们得知,一个完整的云—地闪电其实是由多次连续不断的放电过程组成,这些放电过程沿着同一条通道,如同海浪一样一波接一波,每两波的时间间隔仅有百分之几秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导主要是为闪电放电建立电离通道,相当于“铺路”;当先导很接近地面时,就像接通了一根导线,强大的电流以极快的速度由地面流至云层,这一个过程称为回击,约需70微秒的时间。如果云层还有足够的电量,就开始第二次的先导-回击放电过程。一次完整的云-地闪电过程持续时间约为0.2秒。

  由于闪电是一种放电现象,所以它遵循一定的物理定律,它本身的速度受到空气电导率等很多因素的影响。有关学者通过对多个闪电精细的科学观测,发现闪电在不同的行进阶段速度有所不同,如闪电的先导过程的平均速度为1.5×105米/秒,约为光速的1/2000,而回击过程的速度远大于先导速度,为光速的1/10~1/3。美国能源部给出的闪电平均速度为1.45×108米/秒,大致为光速的一半。佛罗里达大学的学者通过研究,得出闪电的速度为1.0×105 ~1.4×106米/秒, 平均速度为4.4×105米/秒。虽然这些数据不一定十分准确,但是可以确定的是:闪电的速度远低于光速,同时又远高于雷声的速度。

  之所以很多人认为闪电的速度就是光速,主要是把闪电发出的光传播到我们眼中的速度当成了闪电本身的速度。

  闪电和雷声同时发生,但闪电的光传播到我们眼中的速度要比雷声传播到我们耳朵中的速度快得多。这也是为什么我们总是先看到闪电,后听到雷声的原因。光在空气里差不多每秒钟要走30万千米,用这样的速度,1秒钟可以围绕地球的赤道跑7圈半。而声音在空气中每秒钟约走340米,差不多只有光速的90万分之一。

  由此,利用它们的速度差,就可以判断自己与闪电的大致距离了。方法如下:从看到闪电时开始计时,听到声音后停止计时。得到的秒数乘以声速(在空气中约为340米/秒)得到的数据就是闪电与你的大致距离。例如,在看到闪电发出的光束3秒钟后,听到了雷声,那么雷电发生位置大约在附近1000米处。根据前后两次估计的距离的大小变化,就可以知道雷雨是在靠近你还是远离你了。

  (作者:思静  责任编辑:王若嘉)

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