愛伊米

深度解析光速為何不變,為何不可超越

很多人都不服氣愛因斯坦,試圖透過各種手段創造或者設計超過光速的物體。

比如弄一個直徑一光年的筷子,然後一端一動,另外一端是不是就超光速了?還有設計一個巨大的圓盤,圓盤邊緣是不是也會超光速?還有坐在0。9999c速度的飛船上面,發射一個子彈會不會超光速?等等,這些設想的提出,目的就是為了超過光速。

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光速

為什麼會有如此多的人總想透過各種辦法超光速呢?因為很多人根本就不理解光速,也不理解為何光速不可超越。當然了,當時愛因斯坦提出相對論,其中的一個重要假設就是光速不變原理,即不論我們在那種參考系中對光速進行測量,光速都是一個常數。之後,根據光速不變原理推出來了速度公式、時間公式、質量公式。不論哪個公式,都需要在速度小於光速時才有意義。愛因斯坦也給出了一個不能夠超過光速的理由,即物體的速度越高,質量越大,需要提速時需要的能量也越大。等快接近光速時,物體的速度就變大無窮大了,沒有那種能量可以使物體再加速了,故而光速無法超越。

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相對論各種效應公式

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相對論速度疊加公式

很多人對上面的解釋並不滿意,因為大多數人以生活常識來看,速度都是線性疊加的,怎麼到了相對論就成非線性疊加了?比如我的速度是3m/s,如果揹著我跑的人速度是2m/s,則我們之間的相對速度就是5m/s,這點大家都很容易理解。到了相對論,就不是5m/s了?0。5c的速度加上0。6c的速度還不能夠大於c(光速)了?是的,相對論裡面就是這個樣子,根據相對論速度疊加公式就是無法超越光速。人們在低速時,速度低沒有感覺相對論效應,但是在高速時就會有明顯的效應了。要不怎麼說世界上只有10%的人才能夠理解並且以相對論的思維思考呢?

其實,人們對於光速或者說相對論的困惑的更本性來源於光速不變原理:光速為什麼是恆定的?不能夠再大點或者小點嗎?

光速不變原理是愛因斯坦直接作為一個假設或者說原理來用的。至於光速為什麼不變,愛因斯坦也沒能夠說明白。也正是由於光速不變,才會誕生出來稀奇古怪的各種違反常理的相對論效應。如果能夠理解清楚光速為什麼不變,我想很多人會自然而然地理解為什麼光速不能夠超越了。

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光速是個常數

也許有人會說,麥克斯韋老先生早就知道了光速是常數,還計算出來了光速的具體數值。這個說法雖然沒錯,但是邏輯卻有問題。麥克斯韋方程組最先是描述電磁波的方程,計算之後發現原來電磁波的傳播速度是個常數,即30萬千米每秒,剛好和光速一樣,於是才有了大家懷疑光也是電磁波,最後才有了麥克斯韋得到光速一說。雖然可以透過計算得到光速值,但是哲學上並沒有一個光速不變的解釋。

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麥克斯韋方程組

這裡我們不妨這樣想,我們的宇宙來自於一個奇點的爆炸。所以我們整個宇宙的各種常數,都是這個奇點的初始性質決定的。不同的奇點,爆炸產生的宇宙光速還不一樣。就像是我有一塊玻璃,這塊玻璃的量就夠做一個可以裝50ml的水玻璃杯,不多也不少。如果玻璃杯中有一條魚,這條魚肯定納悶這個杯子為什麼只能夠裝50ml的水呢?換位思考一下,我們可不就是宇宙中的那條“魚”嗎?奇點性質就決定了由它形成的宇宙,光速就是30萬千米每秒,不能夠多也不能夠少。而我們作為其中的生物,只知道結果卻很難理解原因。因為我們的維度太低,或許我們進入到高維,看到各種奇點誕生宇宙的過程,一切就都明白了。

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宇宙大爆炸過程