科学家:宇宙中存在多种超光速现象,光速和它们比,和蜗牛一样慢

星空承载梦想 2024-08-23 09:09:19
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现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,当时有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙快速的向四周膨胀,经过漫长的时间,宇宙才膨胀成我们现在所看到的样子,宇宙中的天体都是在宇宙大爆炸之后形成的,我们的地球是太阳系中的一颗行星,在太阳系中一共有八大行星,而地球是唯一一颗诞生了生命的星球,生命的出现给地球增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘,在远古时期,人类主要依靠双脚行走来实现出行。后来人类学会了驯化动物,比如说马、牛等,利用它们作为坐骑,能够较快的改变出行方式,随着时间的推移,出现了马车,它在很长一段时间内成为了主要的陆地交通工具,极大程度的提升了出行的效率和舒适度。

18 世纪末,工业革命带来了蒸汽机的发明,蒸汽机车应运而生,开启了铁路运输的时代。19 世纪后期,内燃机的出现催生了汽车的诞生,汽车逐渐普及,为人们的出行提供了更大的灵活性和便利性。20 世纪初,飞机的发明使得人类能够征服天空,实现长途快速的空中旅行。当人类走出地球之后,人类才知道宇宙的浩瀚,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中是不是还存在外星生命?带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,为了探索宇宙的奥秘,科学家发射了旅行者1号探测器,旅行者1号探测器是美国宇航局研发的无人外太阳系升空探测器,它是第一艘穿越日光层进入星际空间的航天器,也是第一个进入星际空间的人造物体,它于1977年9月5日发射升空,最初的目标是探索木星、土星、天王星和海王星。

在1979年2月到达木星上空,1979年11月飞到土星附近,在2012年的时候正式离开太阳系的日光层,进入星际空间,它是目前人类飞行的最远的探测器,不过即便如此,它想要离开太阳系也是不可能的,曾经科学家认为太阳系的边缘在冥王星,但是后来科学家经过研究发现,太阳系的边缘在奥尔特星云,如果按照旅行者1号探测器的飞行速度来计算的话,想要完全飞出太阳系至少需要上万年的时间,对于人类来说,上万年的时间实在是太漫长了,所以目前人类的飞行速度根本不可能飞出太阳系。如果说人类能够实现光速飞行,那么飞出太阳系就容易多了,不过面对浩瀚的宇宙,光速也显得很慢,毕竟我们的宇宙太大了,所以很多科学家提出了超光速飞行,光速在这些超光速面前,比蜗牛还慢,下面我们就一起来看看。

第一个超光速现象——宇宙膨胀的速度

目前科学家用哈勃常数来表示当前宇宙膨胀的速度,但是对于哈勃常数的测量,不同的研究方法和观测结果存在一定的差异,通过宇宙距离阶梯方法得出的哈勃常数为74.03±1.42km/s/mpc(即距离地球326万光年的天体退行速度为每秒74千米),误差2%;而利用宇宙微波背景辐射方法得到的哈勃常数为67.4±0.5km/s/mpc,误差0.7%。通过现在的科学观测我们能够发现,宇宙膨胀的速度是非常快的,甚至已经超过了光速,在1929年的时候,美国著名天文学家爱德温.哈勃根据长期观测得出宇宙膨胀的结论:整个宇宙都在不断膨胀,并且还是均匀的,所有的星系都在均匀的彼此分离,相互隔得越来越远,从地球观测,各个方向都是一样的,目前来说,可观测宇宙半径大约是465亿光年。

距离地球最远的那个星系退行速度就达到了大约1074777.75千米每秒,这个速度大约是光速的3.58倍,这就是宇宙膨胀速度超越光速的由来,不过这里需要注意的是,宇宙膨胀超光速是整体空间叠加起来超光速,而每个局部膨胀的速度是很慢的,有的还受到引力影响相互靠近,并且相对论中的光速限制是有条件的,其适用于惯性系的相对运动,也就是空间中同一位置的物体相对运动,有很多科学家推测, 导致宇宙不断膨胀的原因是暗物质,暗物质是一种在宇宙中广泛存在但难以被直接观测到的神秘物质,这种物质能够释放出一种巨大的能量,这种能量就是暗能量,它不仅仅能够推动宇宙不断的膨胀,还能够控制天体之间的运行,所以科学家认为暗物质和暗能量才是宇宙中的主导物质。

不过现在来说,科学家还没有在宇宙中捕捉到暗物质和暗能量,但是科学家们推测暗物质的存在,主要基于几个方面的证据:

1. 星系的旋转曲线:通过观测星系中恒星的运动速度,发现其外围恒星的速度远远超出了仅基于可见物质所能产生的引力所能维持的范围,暗示存在大量的不可见物质提供额外的引力。

2. 引力透镜效应:当光线经过大质量天体时会发生弯曲,暗物质的引力也会导致这种现象,通过观测这种效应可以推测暗物质的分布。

3. 宇宙微波背景辐射:对宇宙早期遗留下来的微波背景辐射的观测和分析,也为暗物质的存在提供了支持。

现在科学家正在积极的研究宇宙膨胀的奥秘,如果说人类的飞行速度能够和宇宙膨胀的速度一样快,那么人类飞出太阳系就容易很多了。

第二个超光速现象——量子纠缠

在量子世界中,有一种叫做量子纠缠的现象,它是对微观量子世界的本质现象的一种揭示,却大大改变了我们的认知,量子纠缠是量子力学中 的一个超越常理的现象(在量子力学当中还有很多超乎常理的现象),它涉及两个或者多个粒子在某些两字属性上形成的一种特殊关联,这种关联的神奇之处在于,无论这些粒子相隔多远,对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态,这种影响似乎超越了时间和空间,让人难以用常规的物理概念来理解,现在我们知道,微观粒子不在是以确定的状态存在,而是以一种称为波函数的数学对象描述,代表了各种可能状态的叠加,比如粒子具有波粒二象性,也就是同时拥有粒子性和波动性的叠加状态,而粒子的位置、动量、自旋也会处于叠加态状态。

比如说我们将两个纠缠的粒子分开,一个放在地球上面,另一个放在火星上面,在没有测量之前我们无法知道粒子的自旋状态,因为它处于叠加状态,即粒子的自转方向可能是上,也可能是下,而一旦测量到地球的粒子自旋方向为上的时候,那么远在月球的粒子就必然会为下,并且这两个粒子无论相隔多么遥远都能够瞬间感应到,其速度已经远远地超越了光速,爱因斯坦将其称为是鬼魅般的超距作用,可以说它挑战了我们对时间和空间的传统理解,其实量子纠缠速度常常被人们误解为信息以超光速的速度传播,事实上量子纠缠速度并没有携带任何信息,它是微观世界一种特有的现象。这种速度不受相对论的光速极限原理限制,我们常说的光速不可被超越,只是建立在有静止质量的物体。因此量子纠缠和相对论并不违背。

第三个超光速现象——曲速引擎

曲速引擎并不是一个提供动力的发动机或者推进器,而是一个可以扭曲时空的机器,将飞船前方的时空无限收缩,将飞船后方的时空无限膨胀,从而凭空创造出一个将宇宙飞船裹挟在其中的曲速泡泡,在飞船和曲速泡泡相对静止的情况下,实现远超光速的速度飞行,极端时间内就可以到达宇宙的任何一个角落,曲速引擎的想法最早是由墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库比耶雷提出来的。1994年,他在一篇文章中设想,如果飞船被包裹在一个时空泡泡中,飞船前面的时空在收缩,在飞船后面重新展开,像传送带一样运作,就有可能让飞船以超光速旅行到目的地。要达到这个目的,这个时空泡泡需要独立于周围的时空,这样,不论周围的时空收缩或膨胀,它都不受影响,就好比一个人需要悬在传送带上方,不能被传送带带着走。

根据爱因斯坦的广义相对论,空间和时间的结构是可变的,而且可以被扭曲,物体不能够以超光速的速度穿越太空,但是空间本身的结构没有限制,曲速引擎正是利用了这一个原理,通过携带有巨大能量引擎,使得飞船前方的空间被压缩,后方的空间被拉伸,这样飞船就能够以超光速来飞行,然而,目前曲速引擎还面临着许多技术和理论上的难题,其中最大的难题就是负能量密度。负能量密度是指一种能量状态,它比真空的能量还要低,是曲速引擎的核心要素,因为它可以让空间产生反向的重力效应,从而实现空间的扭曲。但负能量密度在自然界中极其罕见和不稳定,目前尚未找到一种可靠且有效的方法来产生和维持负能量密度。虽然有科学家提出了相关的理论模型,如阿库别瑞度规、怀特度规等,但要真正实现曲速引擎,还需要解决诸多问题,人类还有很长的路要走。

第四个超光速现象——虫洞穿梭

在科学界,时空穿越并不仅仅是科幻作品的创意,它是爱因斯坦的相对论、量子物理学以及宇宙学领域交织的复杂迷局,时空穿越是一直以来引发人们兴趣的神秘概念,霍金的理论为我们提供了一些关于这个问题的思考框架,在他的研究当中,时空是一个统一的整体,由相对论和量子力学共同描述,而黑洞和虫洞则为我们提供了可能实现时空穿越的理论依据,爱因斯坦的相对论揭示了时间和空间之间的密切联系,构成了时空的四维连续体,这一理论说明了质量和能量的分布会影响时空的弯曲,从而形成引力,这种时空的弯曲效应能够在引力场中的物体运动和光线传播中得到验证。从理论上来说,虫洞被认为是连接两个不同时空区域的通道,有可能实现时空的穿越。

不过想要让虫洞成为能够穿越时空的隧道,需要面临很多巨大的挑战,首先虫洞的形成和维持需要大量的奇异物质,这种物质具有负能量密度,目前尚未被发现或者证实存在,其次,即使存在虫洞,它们可能非常不稳定,容易在极短的时间内坍塌,再者,虫洞的入口和出口的位置以及如何精切的找到和进入虫洞也是面临巨大的难题,现在科学家并没有在宇宙中找到虫洞,虫洞是不是真的存在宇宙当中,目前还是一个未知数,如果说虫洞真的存在,那么或许人类能够通过虫洞来实现超越时空,小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步,未来随着人类科技的发展,或许人类真的能够找到超越时空的办法,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

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星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章