光速,每秒30万公里,准确来讲是每秒299792458米,是宇宙中的最快,任何速度都不可能超过光速。任何具有静质量的物体速度都不可能达到光速,而任何没有静质量的物体速度必须无条件以光速飞行,比如说光子,胶子等基本粒子。
这意味着,光速,其实严格来讲并不是指“光的速度”,而是任何无质量粒子的速度或者说信息的传播速度。只是因为光在我们身边无处不在,科学家一开始就把光速定义为光的速度,也算是一种习惯吧。当然,光的速度是光速,并非偶然,而是必然的。如果一开始把光速定义为引力波的速度,那么我们也会发现光的速度仍旧是“光速”!
为什么我们永远不可能达到光速?简单来讲,因为我们都有质量。万物如何获得质量的呢?因为希格斯玻色子的存在,大部分基本粒子会与希格斯玻色子发生作用获得质量,其实发生作用的过程就是减速的过程,也是获得质量的过程。
虽然科学家们知道光速不可超越,但并没有放弃尽可能创造出无限接近光速的速度,当然目的不是为了打破光速限制,而是想看看当物体的速度无限接近光速时,到底会发生什么?
实际上,科学家们正是通过这种方式发现了希格斯玻色子的存在,也证明了希格斯机制,解释了万物质量的来源。
如今,物理学家们利用大型粒子对撞机,把质子的速度加速到每秒299792455米,只比光速慢了每秒3米,已经非常接近光速了。
但那并不是人类创造的最快速度。与质子相比,电子的质量更小,只有质子质量的1836分之一。这意味着物理学家可以把电子加速到更高的速度,这个速度更进阶光速,只比真空中的光速慢了每秒3.6毫米!
但这只是凭借人类力量创造出来的速度,而人类在大自然面前太渺小了,太小儿科了。
宇宙中充满了太多超乎想象的能量来源,比如说超新星爆发,中子星碰撞,黑洞碰撞等,这些宇宙大事件创造出来的磁场比人类创造的最强磁场还要高数十亿倍,意味着人类在大型对撞机中让粒子获得的能量,与大自然中粒子获得的能量,完全不在一个数量级上。
大自然产生的高能粒子,携带的能量甚至可以达到10的19次方电子伏特。这么高的能量,粒子的速度可以达到光速甚至超光速吗?
理论上是可以的,只要给粒子提供无穷的能量。但奇怪的是,大自然似乎对物质携带的能量有限制。当粒子的能量来到5乘以10的19次方电子伏特时,大自然就会“主动干预”。具体是如何干预的呢?
我们都知道,宇宙中充满了大爆炸留下的微波辐射,而任何粒子在传播过程中,势必要穿过这些微波辐射。
微波辐射的温度非常低,只比绝对零度高了大约3度,微波辐射中每个光子的能量是非常低的,只有大约0.00023电子伏特。
但正是这些微弱的微波辐射“干预”了粒子的速度,阻止粒子速度达到光速。
任何粒子穿过微波辐射时,都有一定几率与光子发生作用,然后产生一种新的粒子。
当然,新产生的粒子不是凭空产生的,能量肯定来自原来创造它的系统里。当高能粒子的能量达到10的17次方电子伏特时,就有一定几率在与微波辐射发生碰撞产生正负电子对,只不过这样的能量损失速度非常慢,对粒子的影响并不大,粒子同样可以以该能量传播上亿年时间。
但是,如果粒子的能量继续升高,在与微波辐射碰撞时还产生一种很轻的强相互作用粒子,中性π介子,损耗135兆电子伏特的能量。
这就是被称为“GZK极限值”的能量阈值,大约为5乘以10的19次方电子伏特,达到这个能量阈值的高能粒子就会与微波辐射发生作用,产生中性π介子,损耗一定能量,让高能粒子的能量低于该能量阈值。
理论上计算,当一个质子的能量达到GZK极限,你知道质子的速度可以达到多少吗?
几乎可以算得上无限接近光速了,光速是每秒299792458米,而质子的速度可以达到每秒299792457.999...(小数点后21个9)!
我们甚至可以认为就是以光速飞行。如果这样的质子与光子赛跑,同时飞向4.2光年外的比邻星,当光子到达比邻星时,质子仅仅落后到了22微米,慢了770飞秒而已,一飞秒等于一千万亿分之一秒!
即便是飞往250万光年外的仙女座星系,然后再返回地球,质子也只是比光子慢了大约13秒!
但很可惜,那看似微不足道的差距,看似“加把劲”就能赶上的差距,实际上是永远无法逾越的鸿沟!大自然在创造宇宙时,仿佛早就“留了一手”,阻止任何具有质量的物体达到光速,更不要说超光速了!
这才是宇宙限制物体速度达到光速的根本原因所在。
我们并不知道大自然为什么要这么做,但现实就是这样。而也是因为光速限制,有人大胆提出了“虚拟世界”的观点,认为我们的宇宙就是超级文明模拟的虚拟世界,超级文明通过程序设计阻止人类超光速,目的就是为了防止速度过快,导致虚拟世界的系统加载速度变慢,甚至出现系统宕机!当然,虚拟世界的观点也只是猜想,现实中很难证实。
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