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光速是不是宇宙中最大的速度

生活 更新时间:2025-01-20 04:47:50

1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論,轟動了整個世界。

通過狹義相對論,愛因斯坦帶領人類認識了另一個物理世界。他指出:時間和空間都是相對的,隻有一種現象是恒定的,可以将時間和空間聯系到一起,那就是光速。

光速是不是宇宙中最大的速度(光速到底有多快呢)1

同時,愛因斯坦也告訴我們:光速是宇宙中最快的速度,沒有什麼可以超過光速。

目前我們知道,光速是差不多每秒30萬公裡。

這是個什麼概念呢?

要知道,地球的直徑是12756公裡,周長就是差不多40000公裡。我們坐飛機出國動辄幾個小時甚至十幾個小時,而光速圍繞整個地球轉一圈,僅僅需要1/7秒。

地球到月球的距離,平均是38.4萬公裡。對于光來說,不過是1.225秒的事兒。

地球到太陽的距離,大約是1.5億公裡。按照光的速度,也僅僅需要8分20秒。

然而放眼到宇宙,光速似乎又有點不起眼。想要飛到距離太陽最近的恒星——比鄰星,大約需要4.24年。

如果光想要跨越銀河系的兩端,至少需要100000年。

想要抵達仙女座大星系,光也要用掉250萬年的時間才可以。

至于穿越整個宇宙,就更不要想了。

似乎光速也不足以統治整個宇宙,然而愛因斯坦的結論讓我們更加絕望:宇宙中沒有可以超過光速的物質。

那麼,為何光速不可以被超越呢?

光速是不是宇宙中最大的速度(光速到底有多快呢)2

根據相對論的描述,一個移動的物體速度越大,質量也會越高。這個現象平時我們感受不到,因為速度實在太低。不過,當這個速度接近光速的時候,就變得非常明顯了。

當一個物體開始加速的時候,它移動越來越快,質量越來越大。

根據牛頓的經典力學,質量越大,想要給它加速就要提供更大的力才可以。

因此,随着一個物體的加速,推動它的力就要越來越大,才能保證它的加速。

然而問題在于,這并不是單純地堆積能量和力就可以的,因為在接近光速的時候,物體加速所需的力将呈幾何級别劇增。

當這個物體無限接近光速的時候,它的質量也會變得無限大,也需要無限的能量才能夠繼續加速,這顯然是不可能的。

而對于光來說,就不一樣了。

光的本質,其實是光子。

光子是宇宙中非常特别的一種粒子,它具有波粒二象性,也就是說,它既有波的特點,也有粒子的特點。

另外,光子還有一個特性——它沒有質量。

因此,即使光子無限接近光速,但無限大乘以0還是0,所以光子并不像實際的物體一樣需要無限的能量才能加速,它本身就可以達到光速(至于光子的質量為何是0,那就比較深了,還要把上帝粒子扯進來,這裡不做解釋)。

目前科學家已經測定,光速299792458米/秒。注意,這個數字不是一個近似值,它後面不需要跟任何小數點。因為,在1983年的時候,科學家定義:1米的長度就是光在真空中于1/299792458秒内行進的距離。

光速是不是宇宙中最大的速度(光速到底有多快呢)3

這裡我們也注意到,光在真空中的移動速度,才是最快的。當光子處于别的環境下時,移動速度會變慢。比如在我們生活中,由于有空氣的作用,光速會略微降低。而如果是在玻璃中傳導,光速隻有真空中的2/3。

光速對于我們這個宇宙來說,有着至關重要的作用,對于我們了解宇宙的本質也非常關鍵。因此,科學家們還将持續對光和光子做細緻的研究。就像我們前幾天分享的一篇文章,光甚至可以幫助我們的航天器不攜帶任何能源就在宇宙空間穿越。

在未來,光還會讓我們的生活更加奇妙,你期待嗎?

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