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一秒繞地球7.5圈,号稱宇宙最快的光速,其實也能被超越?

愛因斯坦在20世紀初發表的狹義相對論認為:光速是我們宇宙的極限速度,任何靜止質量不為0的物體無法達到光速也無法超過光速。

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而在更早的19世紀,物理學家麥克斯韋已經證明了光的本質就是電磁波,所以每秒30公裡的電磁波才能在一秒内繞地球赤道7.5圈,可以說近兩個世紀以來的電磁波通訊,以及目前的全球互聯網都歸功于愛因斯坦和麥克斯韋。

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但伴随着人類文明探索宇宙進度的加快,科學家越來越意識到光速的“緩慢”了,舉例來說:地球上的控制中心想要與月球探測器取得聯系的話,就要忍受兩秒多的延遲,因為地月之間距離38萬公裡而光速隻有每秒30萬公裡,信息每往返一次就需要2秒多一點。

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如果是和火星聯系的話,通訊延遲就會變成23分鐘左右,具體準确時間要看當時地球與火星的距離,而如果想和220億公裡外的旅行者一号探測器取得聯系,就得忍受一來一回長達40個小時的通訊延遲,由此不難看出光速在宇宙中其實就是龜速,一秒能繞地球七圈半的它在宇宙中其實是最慢的信息傳遞介質。

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那麼宇宙中有沒有超光速現象呢?

答案是有,并且不是一種而是三種,最重要的是這三種超光速現象已經被科學界普遍承認了,并不違反愛因斯坦的狹義相對論。

首先是第一種:宇宙膨脹速度超光速

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宇宙膨脹最早于20世紀20年代被美國天文學家埃德溫.哈勃發現,當時他注意到除了仙女座星系外的其他星系光譜都在向紅色端移動,也就是紅移,而在物理學中紅移代表着光源正在遠離觀察者,于是在絕大部分星系紅移被确定後,哈勃得出了宇宙正在膨脹這一結論,并且距離地球越遠的星系遠離地球的速度越快。

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後來的哈勃太空望遠鏡的觀測結果表明,宇宙時空在145億光年外的膨脹速度正式超過光速,也就是說145億光年之外的星系正在以超光速遠離地球,它們發出的光也永遠不可能飛到地球,所以145億光年外的星系其實是永久失聯狀态。

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在此需要指出的是,星系本身的超光速移動是因為宇宙時空本身的超光速膨脹,而時空本身并不具備質量,所以不受愛因斯坦相對論的約束,因此宇宙時空本身的超光速膨脹并不違反相對論,因為相對論約束的僅僅是宇宙時空之内的物質,而非時空本身。

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第二種超光速現象是量子糾纏的反應速度

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作為和相對論齊名的現代物理學兩大支柱之一,量子力學中的量子糾纏一直以來都倍受科學家關注,具體而言:一對量子如果曾經發生過關系而後來又分開了,那麼它們之間不論相隔多遠都能瞬間感應到彼此,一個量子發生改變的瞬間另一個也會發生改變,縱然把它們分開千萬光年,正在鬼魅般的超距作用也依然存在。

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不過對于量子糾纏的具體成因,科學界目前還談不上很清楚,隻是把它當做量子力學的基本屬性之一來對待的,至于它為什麼能超光速糾纏,則是因為量子糾纏本身不能傳遞信息,不違反因果律,所以也不違反相對論。

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第三種超光速現象是蟲洞

這是一種目前還存在于相對論預言中的宇宙結構,天文學界甚至不知道在今天的宇宙中是否依然有天然蟲洞存在。

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蟲洞不同于黑洞,它實際上是由兩個位于宇宙不同區域的時空點連接而成的“橋梁”,也叫“愛因斯坦-羅森橋”,它能存在是因為宇宙時空是可以被質量彎曲甚至是折疊的,而折疊後的時空可以将兩個相隔數千萬光年甚至數億光年的兩個位置拉近,從而實現穿越蟲洞就穿越若幹光年的效果。

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遺憾的是,雖然蟲洞屬于相對論預言的産物,但宇宙學家認為它隻在宇宙大爆炸之初的高溫高壓狀态下短暫存在過,在138.2億年後宇宙溫度接近絕對零度的今天,天然蟲洞已經失去了存在的土壤,而人造蟲洞目前也還沒有相應的理論支撐。

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所以蟲洞極其相關的研究往往常見于科幻作品中,現實中的物理學距離蟲洞還比較遙遠,距離相對論和量子力學的極限也很遙遠。

總體而言

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作為目前科學界公認的三種超光速現象,宇宙膨脹和量子糾纏以及蟲洞,在未來一定會被研究得更加細緻,科學界目前笃定的關于它們的一系列事實,也許在不久的将來就會被修正,就像當年的牛頓引力論被愛因斯坦的廣義相對論修正一樣。

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