为什么光速不能被超过?还有既然不可能超过光速,那么为什么人们还在考虑超过光速的情况?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/23 00:09:42
为什么光速不能被超过?还有既然不可能超过光速,那么为什么人们还在考虑超过光速的情况?
为什么光速不能被超过?
还有既然不可能超过光速,那么为什么人们还在考虑超过光速的情况?
为什么光速不能被超过?还有既然不可能超过光速,那么为什么人们还在考虑超过光速的情况?
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爱因斯坦的狭义相对论有一个要求：我们宇宙中所存在
的一切物体,都无法以超过真空中的光速的相对速度运动.
单是为了迫使物体达到光速,就得花费无限多的能量,而要
把它推动到超过光速,就需要花费比无限多还要多的能量,
这简直是无法思议的了.
不过,让我们暂时假定有一个物体正在以超过光速的速
度运动.
光的速度是每秒约300,000公里,那么,要是有
某个质量为1公斤、长度为1厘米的物体以每秒约
424,000公里的速度运动,会发生什么情况呢?如果
我们应用爱因斯坦的方程,它就会告诉我们说,这时物体的
质量将等于（负的负1的平方根）公斤,它的长度将变成
（负1的平方根）厘米.
换句话说,任何一个运动得比光还快的物体,都会具有
必须用数学上所谓“虚数”（参看问题6）来表示的质量和
长度.我们没有任何办法把用虚数表示的质量和长度具体化,
所以,大家就很容易认为,这样的东西既然是无法想象的,
它们就不会存在了.
但是,1967年,美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范
伯格却认为很有希望把那样的质量和长度具体化（范伯格并
不是最先提出快子的人,这种粒子是比拉纽克和苏达珊最先
假定的,但是,范伯格推广了这种概念）.也许,由“虚数”
表示的质量和长度只不过是一种描述具有（让我们说是）负
重力的物体的办法——这种物体同我们这个宇宙中的物质并
不是靠万有引力互相吸引,而是互相排斥.
范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒
子称为“快子”.要是我们假定这种快子能够存在,那么,
它是不是能够按另一种方式来遵循爱因斯坦方程的要求呢?
显然,快子是会这样的.我们可以描绘出比光跑得还要
快,但却遵循相对论要求的快子所构成的整个宇宙.不过,
为了使快子能够做到这一点,在涉及能量和速度的时候,情
况就会同我们通常所习惯的情况相反.
在我们这个“慢宇宙”中,不运动的物体的能量等于零,
但是,当它获得能量时,它就运动得越来越快,如果它得到
的能量无限大,它就会被加速而达到光的速度.在“快宇宙”
中,能量等于零的快子以无限大的速度进行运动,它所得到
的能量越大,它的运动就越慢,到能量为无限大时,它的速
度就降低到光速.
在我们这个慢字宙中,一个物体在任何条件下都不能运
动得比光快.而在快宇宙中,一个快子在任何条件下都不能
运动得比光慢.光速是这两个宇宙之间的界线,它是不能超
越的.
但是,快子是不是真的存在呢?我们可以断言说,有可
能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的快宇宙,不过,有可
能存在并不一定就等于存在.
探测快宇宙的一种可能的途径,就是要考虑到如果有一
个快子以超光速通过真空而运动,那么,在它飞过时就必定
会留下一道有可能探测到的光尾迹.当然,大多数快子都飞
得非常快——比光还要快几百万倍（正象大多数普通物体都
运动得非常慢,只达到光速的几百万分之一那样）.
一般的快子和它们的闪光在我们能够发现它们之前,早
就一瞬即逝了.只有那种非常罕有的高能快子,才会以慢到
接近光速的速度从我们眼前飞过.即使在这种场合下,它们
飞过一公里也只需要三十万分之一秒左右的时间,所以,要
发现它们也是一桩极伤脑筋的任务!