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記者專欄
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人類能否實現(xiàn)超光速旅行?

2022-06-02 06:43 來源:參考消息網(wǎng)

  參考消息網(wǎng)6月1日報道 美國趣味科學(xué)網(wǎng)站4月25日刊發(fā)題為《有東西比光速更快嗎?》的文章,摘要如下:

  1676年,通過研究木衛(wèi)一“伊娥”的運(yùn)動,丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默計算出光是以有限的速度傳播。兩年后,在羅默搜集的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,荷蘭數(shù)學(xué)家、科學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯成為試圖確定實際光速的第一人。

  惠更斯提出了每秒21.1萬公里這一數(shù)字。這個數(shù)字按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看是不夠精確的——現(xiàn)在,我們知道,在“真空”中,光速約為每秒299792公里。他的計算顯示,光的速度令人難以置信。

  根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論,光的速度極快,以至于在宇宙中沒有任何東西能夠比光更快。

  美國亞拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校推進(jìn)研究中心航天工程學(xué)副教授賈森·卡西布里證實:“我們無法以超光速在真空中移動!

  英國帝國理工學(xué)院理論物理學(xué)家克勞迪婭·德拉姆說:“嚴(yán)格地講,‘沒有什么東西能比光速快’的說法本身并不十分正確!辈贿^她說,也有一些注意事項需要考慮。

  光同時具有粒子和波的特性,因此既可將其視為粒子(光子),也可視為波。這就是所謂的“波粒二象性”。

  德拉姆說,如果我們將光視為波,那么就有“多重原因”解釋為什么某些波在介質(zhì)中的傳播速度能夠超過白色(或無色)光。原因之一就是“當(dāng)光穿過一種介質(zhì)——例如玻璃或水滴——時,不同頻率或不同顏色的光的速度是不同的”。

  根據(jù)美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究,肉眼可觀測到的最明顯的例子就是彩虹。通常在彩虹頂部是波長較長、速度較快的紅色,而底部則是波長較短、速度較慢的藍(lán)紫色。

  不過,當(dāng)光穿過真空時,情況就不是這樣了。

  美國路易斯安那東南大學(xué)物理學(xué)教授雷特·阿蘭在電子郵件中對趣味科學(xué)網(wǎng)站記者說:“所有光都是電磁波,它們在真空中的速度相同。這意味著,無線電波和伽馬射線的速度是一樣的。”

  因此,德拉姆認(rèn)為,盡管只在非真空情況下成立,唯一能夠超過光速的東西就是光本身,這聽起來似乎有點自相矛盾。值得注意的是,無論介質(zhì)如何,光速永遠(yuǎn)都不會超過每秒299792公里的最高速度。

  然而,卡西布里說,在討論速度超過光速的事物時,還要考慮到其他一些因素。

  他說:“宇宙的某些部分正以比光速更快的速度遠(yuǎn)離我們,因為時空在膨脹!崩,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡最近發(fā)現(xiàn)了來自“埃倫德爾”這一遙遠(yuǎn)恒星的129億年前的光。然而,由于宇宙的各個點都在膨脹,“埃倫德爾”正在遠(yuǎn)離地球,且自其形成以來就一直如此。因此,現(xiàn)在這一星系與地球的距離是280億光年。

  在這一情況下,時空正在擴(kuò)張,時空中的物質(zhì)則仍在光速范圍內(nèi)飛行。

  因此很顯然,據(jù)我們所知,沒有什么東西能夠超越光速。但是,可能存在超越光速這樣的情況嗎?

  德拉姆說,愛因斯坦的狹義相對論和之后的廣義相對論是“建立在空間、時間概念是相對的這一原則之上的”。那這意味著什么?德拉姆說:“如果一個人能夠以比光速更快的速度行進(jìn)并攜帶信息,那么他的時間概念與我們相比就會產(chǎn)生扭曲。就會出現(xiàn)未來影響過去的情況,那么現(xiàn)實世界的整個結(jié)構(gòu)就不再合理了!

  這表明,讓人類以超光速行進(jìn)或許是不太可取的。但未來這有可能嗎?有朝一日,我們能夠創(chuàng)造出一種航天器,以超光速推動物質(zhì)——最終推動人類——在太空中行進(jìn)嗎?卡西布里說:“理論家提出了各種類型的曲速氣泡,它們可以實現(xiàn)超光速飛行。”

  但德拉姆相信這一點嗎?

  德拉姆說:“我們可以想象人類能夠以光速與太陽系外的星系進(jìn)行通信。但是,以光速發(fā)射人類是根本不可能的,因為我們無法實現(xiàn)加速到這一速度!

  她還說:“即使在非常理想的情況下,我們想象我們能夠保持勻加速,即使先不去考慮如何獲取不斷加速的技術(shù),實際上我們也永遠(yuǎn)無法達(dá)到光速。我們可以接近,但永遠(yuǎn)無法達(dá)到!

  卡西布里也認(rèn)同這一觀點。“如果你以1倍的重力加速度進(jìn)行加速,你需要一年時間才能達(dá)到光速。然而,你永遠(yuǎn)不會真正達(dá)到這一速度,因為當(dāng)你開始接近光速時,你的質(zhì)能會增加,接近于無限,”他說,“對這一限制來說,我們所知的為數(shù)不多的‘作弊密碼’之一就是擴(kuò)大和縮小時空,從而拉近你的目的地。對于時空擴(kuò)張或收縮的速度似乎沒有基本限制,這意味著有朝一日,人類或許能夠繞開這個速度限制!

  阿蘭也同樣認(rèn)為,超越光速是不大可能的。而與卡西布里一樣,他也指出,其實如果人類想要探索遙遠(yuǎn)的行星,或許沒必要非達(dá)到光速。他說:“我們能夠理解的,比光速快的唯一辦法就是在太空中運(yùn)用某種類型的蟲洞。這實際上并不會讓我們超越光速,而是為我們提供一條可前往太空其他地方的捷徑。”

  不過,卡西布里并不確定蟲洞是否能成為現(xiàn)實的選擇。他說:“根據(jù)愛因斯坦場方程的特殊解決方案,蟲洞在理論上是可能的。如果可能的話,蟲洞基本上可以給你提供一個捷徑,從一個目的地到另一個目的地。不過,我不清楚是否有可能構(gòu)建蟲洞,也不清楚該怎么去著手做這件事!

(責(zé)任編輯:歐云海)

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2022-06-02 06:43 來源:參考消息網(wǎng)
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