对于宇宙速度的极限——光速的疑问,我们尚未找到确切的答案,科学家们亦是如此。虽然他们探索自然的脚步未曾停歇,但迄今为止,我们仍未洞悉光速之谜的全貌。
如果自然法则允许超光速现象存在,那么我们的世界将会天翻地覆,一切我们所熟知的事物都可能不复存在。然而,这一假设所描绘的未来图景,我们无法用言语确切描绘。
一些读者或许会对这样笼统的回答感到不满:难道你是在戏弄我们,还是在试图以科普的名义博取眼球?如果你不清楚,为何还要在此赘述?
我的回答是,这正是我所坚持的科普态度——实事求是,不能以假乱真,更不能为了吸引眼球而迎合特定群体的口味。
言归正传,尽管我们不知道“为何”,但我们可以肯定的是“是什么”。在大自然为何存在光速限制这一问题上,科学家们的理解已经超越了普罗大众,即便他们尚未洞悉背后的根本原理,他们却知晓诸多普通大众所不熟悉的细枝末节。
就像量子世界中的奥秘,诸如量子纠缠和量子隧穿等现象,科学家们至今尚未了解其背后机理,却能确信这些现象的真实存在,并且利用它们为科技进步作出了贡献。
或许有人会反驳,人类尚未发现超光速粒子,这并不意味着它们不存在。随着科技的进步,未来或许人类真的能找到超光速的存在。
然而,我坚持己见:无论在过往、现在还是未来,超光速现象在“四维时空”中,也就是我们所处的宇宙中,都不可能出现。
这里的含义是,在四维时空的架构中,超光速现象是无法实现的。如果你对超光速现象抱有幻想,那么请你离开我们的宇宙,去往其他维度的空间,那将超出我们的讨论范围。
这是因为光速限制是四维时空的内在属性,所有事物的存在都离不开四维时空的框架,自然不能超越其中的规则。
光速一词,实际上并非仅指光的移动速度,它代表的是信息或能量的传递速度,甚至可被理解为四维时空的传播速度本身。
光之所以常被用于研究光速,是因为它在我们周遭无处不在。科学家们通过研究光,得出了光速这一概念。而习惯上,我们将光速简单理解为光的移动速度。实际上,除了光子,引力波和胶子的传播速度同样为光速。
在爱因斯坦的相对论体系中,真空中的光速被认为是宇宙速度的极限。无质量的物体必须以光速行进,而具有质量的物体则无法达到或超过光速。
尽管一开始对这一理论存在争议,科学家们曾通过多种实验试图找到超光速现象,然而经过一百多年的研究,所有的证据均支持爱因斯坦的理论,没有任何反证。
曾有传言称中微子或快子的速度超过了光速,但最终这些实验数据被证明是错误的,中微子的速度并未超过光速,而快子仅是理论假设,并未找到实际存在的证据。
通过粒子对撞机,科学家们能够将微观粒子加速至无限接近光速,但这看似微小的差距,实际上是一道不可逾越的鸿沟。
并且,相对论中的质增效应表明,物体速度越快,其质量也越大,接近光速时质量趋于无穷大,意味着无穷大的能量,这比整个宇宙的能量还要庞大,显然这是不可能的。
对于相对论的质疑,我并不反对,相反,我认为这是推动科学进步的动力之一。科学家们始终保持着高度的质疑精神,他们在寻找任何新理论漏洞的同时,也在不断验证相对论的准确性。经过一百多年的验证,相对论的稳固地位仍然屹立不倒,这足以证明它的严谨性。
科学的本质是假设,相对论亦是如此。它建立在两个基本假设之上:相对性原理和光速不变原理。
重点来说光速不变原理,它意味着光速是绝对的,与其他速度叠加之后仍旧是光速,不会因参照系的不同而改变。我们可以将光速的参照系理解为四维时空本身,这有助于我们理解大自然为何限制光速。
就像水波在水中的传播速度一样,无论你在水中的移动速度有多快,你激起的水波速度始终保持不变。
光速是四维时空的内在属性,它与时空本身密切相关。如果想要超越光速,那么你需要离开四维时空。
在众多的物理学公式中,光速作为一个恒定值出现,如引力常数、普朗克常数等,它们是体现四维时空特性的基本常数。
如果物体的速度超越了光速,意味着这些基本常数将发生改变,我们的世界将不复存在,因为四大基本作用力必须保持精确的平衡,只有这样,基本粒子才能形成,宇宙才能演化出我们所见的世界。
科学家们通过电脑模拟超光速的世界,发现在那里基本粒子难以形成,即使形成,由于恒星寿命过短,生命诞生的可能性也微乎其微。
或许存在一个与我们世界规则截然不同的“平行宇宙”,那里的最低速度要求就是光速,所有物质都以超光速移动,与我们的世界形成鲜明对比。
然而,那样的世界究竟会是怎样的光景,我们无法想象。