物理科普:盘点已知的四种超光速现象,人类能否突破光速限制?
来源:漫步科学
发布时间:2021-01-22
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物理科普:盘点已知的四种超光速现象,人类能否突破光速限制?

超越光速,站在光锥之外掌握自身命运一直是人类不懈的追求,但是相对论告诉我们,宇宙是有速度上限的,任何有静质量的物质都是无法超越光速的,这就像是一把枷锁,牢牢的把人类文明困在宇宙中一个小小的角落。因此寻找超光速现象意义非凡,如果宇宙为文明留下了超光速途径,那么征服星辰大海也就不再是梦想。下面是四种已知的超光速现象:

1、电磁波相速

盘点已知的四种超光速现象,人类能否突破光速限制?

电磁波传播示意图

电磁波的相位速度简称相速,它是指电磁波相位在空间中的传播速度,通俗理解电磁波的相速就是电磁波形状传播的速度。在日常生活中,如果我们抓住绳子的一端,上下抖动一下,绳子上会出现一个隆起的形状向前移动,这个隆起的形状就相当于电磁波中的“波包”,电磁波通常有许多谐波叠加而成,因此波包可以看做是局域性“波群”。描述波包的速度有两种,分别是相速度与群速度,且相速度大于群速度。

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电磁波相速可以理解为电磁波形状的传播速度

对于电磁波相速度大于群速度可能不太好理解,我们可以用拧螺丝类比一下,当我们把螺丝拧进物体中时,整个螺丝前进的速度可以看做是群速度,而螺丝上螺纹的旋转速度可以看做是相速度,虽然螺丝旋转很快,但是总体前进的速度较慢。

电磁波相速度虽然是一种超光速现象,但是真正可以搭载信息的是波包中的“波群”,因此信息的传递速度依然无法超过光速。

2、切伦科夫效应

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超音速飞行产生的音爆现象

我们知道飞机在空中飞行时一旦其速度超过音速,飞机周围的空气受到“挤压”会产生音爆现象。同样,在介质中,当粒子的运动速度超过光速会产生“光爆”现象,这种现象就是切伦科夫效应。

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切伦科夫辐射现象

切伦科夫效应常见于核反应堆中,由核裂变产生的高能粒子在周围的介质中高速移动,其速度超过介质中的光速时,介质中会发出浅蓝色的光辉,这就是切伦科夫辐射。

严格意义上来说,切伦科夫效应并不是传统意义上的超光速现象,其本质原因是光在介质中被降速了,因此粒子才能超过光速。

3、空间膨胀效应

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由奇点到宇宙

1929年美国天文学家E.P.哈勃研究发现,所有的星系都在互相远离,而且离得越远,其离去的速度就越快。这就会产生一个临界点,当超过这个临界点时星系之间的退离速度会超过光速,现代科学研究表明,每增加300万光年的距离,星系远离地球的速度就会增加68公里每秒左右,也就是说百亿光年之外的星体其远离地球的速度已经超越光速了。

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由E.P.哈勃命名的望远镜

星体之间的退行变化,本质上是宇宙膨胀的结果,虽然在极远处这种速度可以超过光速,但是我们无法利用它来传递信息和能量。

4、量子纠缠

量子是时下非常火热的名词,本来是微观世界的现象,却被一些别有用心的“人才”利用,各种宏观世界的物质在功利化的作用下,都可以被量子化,比如量子针灸、量子眼镜等等,确实可笑。

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量子被万能化了

量子纠缠是一种量子力学现象,它是指两个或者两个以上的粒子组成的系统互相产生影响作用的现象,即使在非常遥远的距离上,“纠缠”在一起的粒子依然可以瞬间相互感应,爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”,其感应速度以目前科学技术是无法精确测量的,但是肯定远超光速。

盘点已知的四种超光速现象,人类能否突破光速限制?

“鬼魅般的超距作用”

量子纠缠虽然是一种超光速现象,但是无法用这种纠缠作用传递信息,因为当两个粒子处于量子纠缠状态时,一旦我们测量其中一个粒子,它们会瞬间塌缩到各自的本征态,所以我们无法利用量子纠缠来实现信息传递,但却可以进行信息加密。

宇宙中充满了超光速现象,但是我们无法利用这些现象来实现信息传递和物质传送。梦幻泡影,只有科学进步,了解超光速深层次的秘密之后,我们才有可能驶向星辰大海。



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