大自然为何有光速限制?简单回答,三个字:不知道!大自然就是这样的,科学家只是发现了大自然的这个特点,但并不知道到底为什么会这样。
或者也可以这样讲,如果大自然没有光速限制,世界将完全被颠覆,我们所看到的一切都不存在了,将会是另一番模样,具体是什么模样,很难说得清楚。
看到这样的答案,或许你会很不满:你这是在科普呢还是在闹笑话呢?既然不知道,还在这里说啥呢?
我想说的是,这就是我的风格,也应该科普应有的态度,事实是什么就是什么,不能瞒天过海,更不能为了流量而刻意迎合某些群体。
话说回来,“不知道”其实也是分等级的,并不是说直接用“不知道”三个字敷衍了事。简单来讲就是,在大自然为何有光速限制这件事上,虽然科学家不知道底层逻辑到底是什么,但他们显然比普通吃瓜种群了解得更多更深。
就像一百多年过去了,科学家们至今也不知道量子力学为何会有那么多诡异现象,比如说量子纠缠,量子隧穿等,但确实知道那些诡异现象真的存在,而且利用那些诡异现象很好地为人类服务。
有人可能会说,人类没有发现超光速物质,并不代表光速是不可超越的,或许随着科技的发展,未来某天人类真的能发现超光速物质。
我还是那句话:无论是过去,现在还是将来,超光速物质都是不可能出现的。当然,要加上一个前提条件,那就是“四维时空”,或者说是“我们如今的宇宙”。
什么意思呢?
只要在四维时空里,超光速物质就不可能出现。如果你总是想着有超光速物质的出现,那么就请你离开四维时空,至于最终去哪里,那就是你自己的事了。
为什么会这样?
因为光速限制就是四维时空的固有属性,也可以说是内在秉性,而万事万物存在的根本就是四维时空,当然不可能脱离四维时空的束缚超越光速。
光速,严格来讲其实并不是指“光的速度”,或者说不仅仅是指“光的速度”,而是信息或者能量传递的速度,甚至可以直白了理解为四维时空本身的传递速度。
只不过光这种东西在我们身边无处不在,科学家们就是通过光来研究光速的,而光的速度恰好是光速(当然也是必然的),因为我们习惯认为光速就是指光的速度。实际上,除了光子之外,引力波和胶子的速度也是光速。
在爱因斯坦的相对论体系下,真空中的光速是宇宙速度极限。任何没有静质量的物体都必须以光速飞行,而且瞬间达到光速,没有任何加速过程。而任何具有静质量的物体速度都不可能达到或者超过光速,只能尽可能接近光速。
一开始,物理学界并不太认同相对论体系下的光速限制,于是通过各种实验试图找到超光速物质的存在,但试错了一百多年,至今也没有找到任何反证,所有的实验数据都支持爱因斯坦的相对论。
科学界也一度传出中微子或者快子的速度超过了光速,但后来证明中微子的速度只是实验数据出错,只是非常接近光速,并没有达到超过光速。而快子也只是假想概念,并没有找到快子存在的切实证据。
利用大型的粒子对撞机,科学家们确实可以把微观粒子加速到无限接近光速的速度,甚至只比光速慢了每秒几米的水平,但那看似微小的差距,也是永远无法突破的鸿沟,根本不是努力就能做到的。
而且,爱因斯坦狭义相对论中有一个著名的质增效明,表明物体的速度越快,质量就越大,当物体的速度无限接近光速时,质量就会无穷大。质量与能量等价,也意味着能量无穷大,甚至比整个宇宙的能量都要大,显然这是不可能的。
你可能会质疑:你怎么总是拿爱因斯坦的相对论说事?难道相对论就是真理吗?
确实,没有任何理论是真理,但作为现代物理学大厦的两大基石之一,相对论经历了一百多年的风风雨雨,经历了无数次质疑,仍旧屹立不倒,本身就说明了相对论的严谨性,拿相对论说事也太正常了。
并不反对任何人对相对论的质疑,反而我非常支持,因为只有不断质疑才能促使科学的不断发展。而科学家们的眼睛都是很“毒辣”的,对于任何新理论的诞生,他们第一反应就是质疑,而且他们质疑的水平比普通人高多了,普通人基本上都只能用“个人爱好或者想象”去质疑,但科学家们会通过各种实验试图找到相对论的任何破绽。
但质疑的过程,非但没有让相对论倒下,反而让相对论的地位更加牢固。因为质疑的过程也是验证相对论的过程,验证了一百多年,没有发现相对论的任何破绽,我们没有理由不接受相对论。
任何科学理论都不是真理,相对论也不例外,因为科学的本质其实就是假设。相对论就是建立在两大假设的基础上提出来的,分别是:狭义相对性原理和光速不变原理。
这里重点说一点光速不变原理。说白了光速是绝对的,与任何其他速度叠加之后仍旧是光速,不会因为参照系选择的不同而发生变化。
其实,我们可以把光速的参照系理解为四维时空本身,就能更好地理解为什么大自然会限制光速了。通俗理解就是,光速就是四维时空的背景速度,也就是时空涟漪的速度。
这一点就像水波的移动速度那样,无论你在水中的速度有多快,你激荡起的水波涟漪的速度都保持恒定不变。
这也是为什么我反复强调,光速是四维时空的内在秉性,只与四维时空本身有关。想要超越光速,那就请“滚”出四维时空!
而光速这个恒定值,在很多物理学公式中都有出现,比如说引力常数,普朗克常数等自然界非常重要的基本常数,而这些常数本质上体现的就是四维时空的特性。
如果有任何物体的速度超过了光速,意味着包括引力常数在内的基本物理量都会发生改变,而我们世界存在的根本就在于四大基本作用力必须刚刚好,不大不小才行,稍微的偏差都会导致完全不同的后果,基本粒子不可能形成,当然我们的世界也会是另一番完全不同的景象。
科学家们也曾经通过电脑模拟超光速的世界,看看到底会怎么样。他们发现,基本粒子很难形成,即便形成了基本粒子,彼此之间聚变成更重元素的速度也会非常快,意味着恒星的寿命很短,这种状态完全不利于生命的诞生。
或许,存在另外一个世界,所谓的平行宇宙,那里拥有完全不同的大自然法则,甚至要求最低的速度就是光速,意味着所有物质都必须以超光速飞行,与我们的世界刚好相反。
那样的世界到底会是什么模样?我们很难想象!
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