光速並非光的專利,它是宇宙的極限速度,速度為什麼有極限?

光速為每秒299792458米,但能夠達到這個速度的並不僅有光,任何不具有靜止質量的物質都能夠並只能夠以這個速度移動,比如引力波和電磁波。

而具有靜止質量的物體,無論它的質量多麼微小,也無法達到光速,即便是靜止質量只有9。109X10∧-31千克的電子也是一樣。科學家們曾經在國際大型正負電子對撞機中將電子加速到了每秒299792457。9964米,可就是差了這麼0。0036米而達到不了光速,這是為什麼呢?如果從愛因斯坦所給出的狹義相對論入手,我們很容易得到這個問題的答案,當有質量的物體開始運動的時候會產生一個“慣性質量”,而這個慣性質量與我們所熟悉的“引力質量”是等效的,隨著物體運動速度的提升,物體的慣性質量也會隨之提升,從數學角度來講,當物體的運動速度達到了光速,物體的慣性質量也就達到了“無窮大”,而這無窮大的慣性質量也就等於無窮大的引力質量。

光速並非光的專利,它是宇宙的極限速度,速度為什麼有極限?

沒有什麼能夠承載得了一個“無窮大質量”的物質,即便是整個宇宙也不行。

更為關鍵的一點是,如何才能夠驅動一個擁有無窮大質量的物體呢?當然是需要“無窮大的能量”,宇宙很大,宇宙中所蘊含的總能量也很大,但無論如何,宇宙中也不可能擁有無窮大的能量,所以自然也不可能驅動一個擁有無窮大質量的物質。透過狹義相對論和質量方程,我們可以非常清楚地瞭解有質量的物體無法達到光速的原因,但這個原因是“算”出來的,更多的意義停留於數學層面,而在現實世界中,我們卻仍然覺得“達到光速”、甚至“超越光速”是有可能做到的,畢竟我們與光速已經如此接近。

光速並非光的專利,它是宇宙的極限速度,速度為什麼有極限?

的確,電子在國際大型正負電子對撞機中已經被加速到了每秒299792457.9964米,是不是有可能再快一點呢?

是否能夠讓電子運動得更快,本質上只涉及到一個問題,那就是能量,要提高一個物體的運動速度,就需要為其輸入更多的能量,那麼我們能不能再給對撞機加一把力,讓它轉得更快一些呢?以人類目前的能力可能是無法做到了,但人類無法做到,並不等於宇宙無法做到。

對撞機對於人類而言,是一個龐大的裝置,但對於宇宙而言卻十分渺小,不要說一部小小的對撞機,即便是整個地球、整個太陽系、乃至整個銀河系,都不過是茫茫宇宙之中的滄海一粟,在宇宙中存在著很多強大的天體,這些天體無時不刻在進行著劇烈的天體活動,而這些活動所釋放的能量與對撞機完全不在一個級別上。

光速並非光的專利,它是宇宙的極限速度,速度為什麼有極限?

宇宙中有哪些劇烈的天體活動?恆星氦閃、超新星爆發、中子星碰撞,這些都是常見的劇烈天體活動,在宇宙之中,這些天體活動每時每刻都在發生著。

而要說宇宙中最為強大的天體,當然要屬黑洞了,而黑洞活動所釋放的能量更是其它天體活動所不能比擬的。黑洞擁有極為強大的引力,這股引力會致使周圍的物質墜入其中,當大量物質墜入黑洞的時候,黑洞會噴射出火焰般的噴流,這股噴流定向、狹長,且速度極高,所以又被稱之為“宇宙火柱”。那麼黑洞噴流的能量到底有多強呢?一般認為極限的黑洞噴流,能量可以達到10∧19ev,ev表示“電子伏特”,是能量單位。那麼10∧19ev有多大呢?來和國際大型正負電子對撞機比一下吧,對撞機的能量約為10∧9ev,可見完全不在一個級別上。

光速並非光的專利,它是宇宙的極限速度,速度為什麼有極限?

能量為10∧9ev的對撞機都可以將電子加速到每秒299792457.9964米,能量為10∧19ev的黑洞噴流難道還補不上那0.0036米嗎?

還真就補不上,根據目前的觀測和計算,黑洞噴流所產生的高速物質流非常接近於光速,但依舊沒有達到光速,這到底是為什麼呢?後來,科學家們透過在地球上接收到的宇宙射線,發現所以接收到的質子都存在著一個能量閾值,也就是說盡管劇烈的天體活動所釋放的能量是巨大的,但質子最終所能夠攜帶的能量卻是有限的,而想要透過有限的能量將自身推進到光速,自然是不可能的。

那麼為什麼質子所能夠攜帶的能量是有限的呢?關於這個問題,目前還無法定論,但有科學家認為質子在宇宙中運動的時候可能與光子發生了相互作用,導致了最終能量的減少。