有種速度能超越光速,愛因斯坦的相對論錯了嗎
汽車跑得快,飛機比汽車快,火箭更比飛機快,不論怎麼快,都 比不上光的速度;光的速度是每秒鐘30萬千米,從月亮上反射來的 光,只需要1秒多鍾就能到達地球。
30萬千米,只是一個近似數,精確的數據為每秒299 792. 458千 米,而且,這是在真空中的傳播速度。
光速還有一個特別的性質,叫做光速不變。這一點,與我們在學 校學的經典物理學不同,物理老師教給我們的速度是相對速度。一 輛紅色卧車和一輛白色卧車同時同向同速在高速公路上行駛,站在 公路邊的人看到兩部車的速度都非常快,並排飛速行駛。而坐在紅 車裡的人看到的白車,卻好像靜止不動;如果紅車忽然加速,紅車上 的人看到白車在倒退。同一件事,不同的人,看到的速度卻不相同。
愛因斯坦的相對論告訴我們,不論光是從靜止的燈塔里發出來, 還是從高速運動的火箭中發出來,速度都是每秒30萬千米。無論你 站在地面靜止測量,還是在宇宙飛船中測量,光速也是每秒30萬千 米。光速不受光源運動速度的影響,也不受觀測者運動速度的影響。
光速不變原理不僅是理論,而且被實驗所證實,成為相對論的 一個主要支柱。相對論還告訴我們:光速是最快的速度,任何物質的 運動速度都不能超過光速。
光速是極限,不存在比光速更快的速度。愛因斯坦列出一個公 式,說明物體的質量會隨著運動的速度而增加。在日常生活中,因為 運動的速度太小,質量增加也非常小,這是可以忽略不計的。發射通 向火星的探測器,速度可算是快了,達到每秒11千米,100千克質 量的物體也只增重0.35毫克。
可是,愛因斯坦的公式說,當物體的速度接近光速的時候,物體 的質量就會增加到無限大。質量無限大,就是說要多重就有多重。要使質量無限大的物體增大速度,就必須用無限大的力。上哪兒去找 這個無限大的力呢?『
宇宙中沒有一個力是無限大的,也就無法使質量無限大的物體 增大速度,怎麼還可能超過光速呢?繞了一個彎,最後回到了主題: 一切物體的運動速度都達不到光速,更不能超過光速。
如果有一種物體的運動速度超過了光速,相對論就不對了,就 有必要加以修正,也可能被推翻。
在日常生活中,人們找不到超光速的現象。那麼,在茫茫的宇宙 深處,在細微的基本粒子中間,會不會有超光速現象呢?
高能粒子運動的速度是非常快的,在加速器中,運動速度可以 達到每秒20萬、25萬千米。那麼,其中會不會有超光速的粒子呢?
1934年,前蘇聯科學家切倫科夫發現一個現象:光在水中傳播, 速度要比真空中慢,此時高能粒子在水中的速度,就會超過光的速度粒子就會拖著一條一條淡藍色的尾巴。切倫科夫觀察到了這種現 象,並且被其他科學家證實,由此也產生了用來觀測粒子速度的 儀器。
這一現象,使人們打開了眼界,認為自然界存在著超光速的粒 子,並把它叫做「快子」。有的科學家認為,自然界的粒子分為3 類:慢子、光子和快子。
慢子的速度超不過光速,光本身就是光子,速度是每秒30萬千 米,快子的速度超過光速。以光速為界線,存在兩個宇宙,一個是 「慢宇宙」,一個是「快宇宙」。在慢宇宙中,粒子超不過光速,而在 快宇宙中,粒子的運動都是超光速的。
那麼,自然界是不是存在著快子,又如何去觀測快子,就成為了 一個謎。
謎底暫時還不知道,如果存在快子,就應該與切倫科夫的觀測 相吻合。
說過微小的基本粒子,再來看遙遠的星空。在銀河系以外,科學 家發現了一種天體,用射電望遠鏡接收到了它們發出的無線電波, 製成相片,看上去有點像恆星,於是被叫做「類星體」。
對類星體進行觀測,科學家發現,類星體存在著超光速現象,先 是發現一個叫3C120的類星體在膨脹,膨脹的速度達到光速的4倍。 後來發現,有的類星體包括兩個射電的子源,兩個子源以很高的速 度分離。類星體3C345分離的速度是光速的7倍。這是通過長達7年 的觀測,才確定的分離速度。另一個類星體,兩個子源的分離速度竟 是光速的10倍。
面對觀測結果,科學家的認識發生了分歧。
有的人相信相對論,就說這種現象雖然存在,但是並不反映真 實運動,而是一種假象,應該稱作視超光速膨脹。也就是說,只是看 起來是超光速了,實際卻不是。
有人說,問題出在類星體離地球多遠。如果像原來估計的那樣,類星體離地球很遠很遠,那麼,類星體的分離速度的確是超光速了。 可是,如果距離地球不是那麼遠,比原先的估計要小得多,那就不存 在超光速,超光速的現象根本不會發生。
有許多證據說明,類星體的距離確實處在原先估計的距離上,肯定存在超光速現象。目前,已有好幾種理論來解釋超光速現象(或是視超光速現 象),都無法令人滿意。超光速之謎還沒有謎底呢!
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