在爱因斯坦提出相对论之前,人们对物体速度的认知还处于相对局限的阶段。

相对论的诞生,让我们知晓了有质量物体的速度存在一个不可逾越的极限 —— 光速。有质量的物体,无论通过何种方式加速,都只能无限趋近于光速,却无法真正达到。



而那些能够以光速运动的,是诸如光子、胶子、引力子这类没有质量的粒子,以光速运动似乎是它们与生俱来的本质属性。

在很多人的认知里,光速是一种极其惊人的速度。倘若在地球上拥有这样的速度,便能够瞬间抵达地球的任何角落。

但光速在宇宙的宏大尺度下,是否依然如此之快呢?即便将视野局限在太阳系,光速的确显得很快。太阳系的光一年就能抵达一定范围。

然而,当我们将目光投向整个星系,情况就截然不同了。



一个直径达 10 万光年的星系,以光速穿越,竟需要 10 万年之久。倘若把视野拓展到整个可观测宇宙,光速更是显得微不足道,穿越可观测宇宙需要 930 亿年,与宇宙的时间尺度相比,光速仿佛龟速。

由此可见,在广袤无垠的宇宙面前,光速似乎并不足以支撑我们实现星际航行,难以助力我们真正探索宇宙的奥秘。

这一现实或许会让许多人对人类探索宇宙的未来感到失望与困惑。毕竟根据相对论,有质量物体的速度上限为无限接近光速。即便未来人类将飞船速度提升至 99.999% 光速,所能探索的宇宙范围依然十分有限,距离探索整个宇宙的目标相去甚远。



难道宇宙中真的无法超越光速吗?事实上并非如此。目前,人类已经发现了三种超光速现象。

物质之所以无法达到光速,主要源于其动能会随着速度的增加而不断增大。

当速度无限接近光速时,动能将趋向于无穷大,相应地,物质的总能量和质量也会变得无穷大。这就意味着,要使物质达到光速,需要无穷无尽的能量,而在可观测宇宙中,这种能量是无法获取的。



科学家通过大量的能量实验,证实了物质无法达到光速这一结论。目前,人类借助粒子对撞机,已经能够将粒子加速到 299792455 米每秒,与真空中的光速相比,仅相差 0.000001%,堪称极为接近。

尽管物质的速度存在极限,但宇宙空间的膨胀并不受此限制。

宇宙起源于奇点大爆炸,在 138 亿年前,它仅仅是一个体积无限小、密度无限大的奇点。在某种神秘未知力量的作用下,奇点开始迅速膨胀。从 10⁻⁴¹ 秒到 10⁻³⁶秒,宇宙经历了短暂而剧烈的爆发阶段。



在这一时期,空间中的真空能量开始衰变成物质,产生了如今我们所熟知的各种物质粒子以及未知的反粒子,这一过程被称为再加热期,也是热大爆炸的开端。

在这个短暂的膨胀阶段,宇宙膨胀的速度达到了惊人的程度:大爆炸后的一秒内,宇宙的尺度就达到了 1 光年;一年后,其范围已涵盖了银河系的规模,这一速度远远超越了光速。

自诞生以来,宇宙空间在经历短暂的爆发式膨胀后,并未停止扩张的脚步,反而在持续加速膨胀。



通过观测发现,距离我们越远的星系,其退行速度就越快。目前的观测数据表明,宇宙的膨胀速度大约为每百万光年增加 20 公里 / 秒。按照这一速度推算,在距离我们 136 亿光年之外的星系空间,正以超光速远离地球。由于从地球发出的光子无法追上这些超光速远离的星系,因此我们无法观测到 138 亿光年之外的星系,这也划定了可观测宇宙的范围。

上述两种超光速现象均源于宇宙空间的膨胀。

但这并不与爱因斯坦的狭义相对论相冲突,因为狭义相对论对速度的限制,仅适用于空间中具有质量粒子的运动,而宇宙空间本身的膨胀并不受此约束。



相对论原理适用于物质世界,而宇宙空间遵循着另一套科学体系。从理论上来说,宇宙空间的膨胀速度没有上限,可以远超光速。这也为我们提供了一种可能,即通过掌握宇宙空间的奥秘,利用空间的特性实现超光速旅行,虫洞理论便是基于这一设想提出的。

在传统认知中,粒子的速度上限为无限接近光速,即使是光子、引力子等无质量粒子,也只能以光速运动。

然而,量子力学的发展,为我们揭示了微观粒子世界中诸多颠覆宏观理论的现象,其中最令人惊叹的当属量子纠缠。



爱因斯坦曾对量子纠缠现象表现出浓厚的兴趣,这一现象甚至彻底颠覆了他的世界观。面对客观存在的事实,爱因斯坦提出了 “鬼魂般的远距离效应” 来描述量子纠缠。

在量子力学中,当两个相互耦合的粒子处于不确定的纠缠态时,对其中一个粒子进行测量,若该粒子的自旋为向上,那么另一个粒子的自旋必然向下。

令人难以置信的是,无论这两个粒子相隔多远,这种超距作用始终存在,一个粒子状态的确定,会瞬间引发另一个粒子做出相应的变化,这种瞬间反应的速度远远超越了光速,甚至无法用我们现有的速度理论来解释。值得注意的是,量子纠缠是纯粹发生在量子系统中的独特现象,在经典力学中,尚未发现类似的效应。



尽管我们发现了这三种超光速现象,但在实际的物质世界中,依然需要遵循相对论对速度的限制。

设想一下,如果某种物质的速度超过了光子、胶子、引力子的速度,整个宇宙的秩序可能会陷入混乱,甚至面临崩溃。这是因为宇宙中存在四种基本力,而光子、胶子、引力子在传递这四种基本力的过程中,起到了连接万物的关键作用。宇宙自诞生之初,就形成了一套稳定的物理规律,这些规律维持着宇宙的有序运行。



目前,人类若想实现超光速穿梭宇宙,或许只能从宇宙空间方面寻找突破。通过空间的扭曲驱动飞船,实现另一种形式的超光速飞行。其中,虫洞理论备受科学家们的关注与期待。

然而,虫洞目前还仅仅停留在理论猜想阶段,在现实世界中能否真正实现,依然是一个未知数 。

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