超越光速的现象有很多,相对论中的光速最快一定要以此条件为前提
爱因斯坦在创建狭义相对论时提出了一个定论:光速是宇宙中的物质运动速度的极限,也就是说物质运动的速度永远不可能超过光速,从爱因斯坦创建相对论到如今已经过去了一百多年,从相对论最开始被提出时的饱受质疑,到如今相对论中的诸多理论、预言都被实验、现象一一验证,相对论已经如同真理般的烙印在每个人心里,所以相对论提出的光速最快定论也被认为是不可能打破的规律,但事实上,我们对于相对论中的光速最快定论都存在着或多或少的误解,在现实中就有很多超越光速的例子,相对论的光速最快定论一定要以一些条件为前提。
首先来说,我们先来明确一下光速最快中的光速指的是什么?
物理意义的光速其实是指光在真空之中的传播速度,即C=299792458 m/s,而光的运动速度会因为其传播介质的不同而发生变化,例如光在水中的传播速度只有0.75C,物质的运动速度不能超过光速仅仅是指不能超越光在真空之中的传播速度C,例如:1934年苏联物理学家切伦科夫发现了在液体中因核裂变而释放的高能电子的运动速度可以超越光速,并且发出了淡蓝色的光,这种现象被称为切伦科夫辐射,切伦科夫还因此而获得了诺贝尔奖,但是在水中超越了光速的现象并不能定义为真正的超越光速,因为光速的值只有一个,即光在真空之中的传播速度C=299792458 m/s。
相对论中的超越光速最快其实指的是:能量、信息的传递速度不可突破光速
能量与信息的传递速度指的是什么呢?光可以传递能量与信息,声波在介质中也可以传递能量与信息,我们随手拿起一个苹果,吃一口后丢出去,这个苹果也可以传递能量与信息,总结来说:只能物质才可以传递能量与信息,或者说能量与信息传递的过程一定有物质参与其中,这也就意味着存在着一些非物质行为的传递速度超越了光速,但这并不与相对论相矛盾。
例如我们在脑袋里想象我们从地球一秒内飞到了太阳上,这个速度运动也一定超越了光速,因为太阳发出的光到达地球需要十秒钟,但这只是一种意识行为,或许在量子纠缠系统中两个量子之间的感应速度,理论上也是超越了光速,但是两个量子之间的感应速度同属于一个量子系统中,而且其感应行为不能视为一种信息传递,所以它也不能视为违背了光速最快定论。
另外还有一些速度也是超过了光速,但都不能视为超越了光速,因为两者存在着本质的差别,例如宇宙在137亿年前发生大爆炸之后就一种处于加速度膨胀的状态,宇宙膨胀速度74.2±3.6)(km/s)/Mpc(2009年5月7日,美国宇航局NASA校准)准确来说是宇宙膨胀率已经超越了光速,但膨胀速度是一种空间膨胀的趋势,不能与光速同日而语,电磁波传递的相速度也超越了光速(光波旋转的)也是一个道理,还有电子自旋面速度v≈10c=3×109m/s也超越了光速,但自旋并不是宏观意义上的旋转,而是微观粒子的一种内在属性,电子自旋无法传递能量与信息,所以也不能称它超越了光速。
下面从数学角度给大家分析一下:爱因斯坦创建狭义相对论是基于光速不变原理的,其时间膨胀,质速关系,和长度收缩公式使建立在洛伦兹变换的基础上的。
质速关系公式意味着物体的质量与其运动速度成正比,物体的运动速度越大,物质的质量也就越大,那么维持物体保持加速运动所需要的能量就需要越来越大,当物体的速度达到光速时,物体所需要的能量则无穷大,也就是哪怕将全宇宙的能量都用上也不足以将其加速到光速,而光为什么能以光速进行运动的呢?道理很简单,光的静止质量为零,这就意味着任何拥有静止质量的物质其速度都不可能超越光速。
参考文献:宇宙膨胀和能量守恒问题——关于变化中的相对质量及连带性能量保留
《中国大百科全书》74卷,物理学 词条:狭义相对论