胡定欣为什么不能超过光速?

 行业新闻     |      2020-11-28 12:15

  这个问题问反了,顺序应该是这样的:

  1. 有人发现了光速不变的现象。

  2. 有人根据这个现象做出猜想并发展了一套理论,该理论认为有质量的物体不能超越光速。

  3. 依据该理论做出的预言得到了证实,并且至今为止依然没有发现该理论的反例。

  综上所述,在该理论依然保持成立的前提下,我们认为该理论做出的关于光速的描述是正确的,直到该理论被新的发现推翻。

  光速(真空光速)是可以超越的。

  比如量子纠缠效应

  狭义相对论描述到:

  能量与信息不能超光速传播。

  虽然量子纠缠可以超越光速。

  但因为量子纠缠不能传播信息

  所以它与上述定理并无矛盾之处。

  两个粒子之间鬼魅般的联系

  狭义相对论背景下物体的运动:

  在狭义相对论中,爱因斯坦给出了物体质量随速度变化的公式m/[(1-v^2/c^2)^1/2],

  其中 m表示物体静止质量

  v表示物体瞬时速度

  当系统相对于某一参考系有相对速度时,从这个参考系观察,系统内的物体的性质会与 当系统相对于某一参考系静止时 的物体的性质不同。物体沿运动方向的长度,物体质量,系统内的时间流逝,都会发生改变。

  定量公式如下:

  结论:

  如果物质的静止质量为0,它的速度可以达到光速。(光粒子的静止质量为零)如果物体静止质量大于零,随着物体速度的增大,物体质量增大。如果速度达到光速时,质量可以这样表示 m×∞。(这是物理中的极端的情形。在这里,我们用∞来表示一种趋近于无穷的趋势。但是实际上,0是无穷小的唯一常数,而且0没有倒数。即不可能找到一个数,使得它与零相乘的结果为1。)越接近光速,物体质量越是增大,为了使物体加速,需要越来越多的能量。如果达到光速,所需的能量是无限多的,显然这是不可能的。就算把整个银河系按照质能方程转化为能量,并确保全部利用,也无法使一个质量大于零的物体达到光速。

  仙女星系(已修改)

  引力的产生与信息的传播:

  狭义相对论与经典力学之间的矛盾,(力的超距作用与光速不可超越之间的矛盾)促使爱因斯坦于1915完成了广义相对论的理论框架。现在我们知道了:

  引力是时空的弯曲的体现,质量或能量,対平滑的四维时空产生了巨大影响,导致空间曲率的改变与时间的弯曲,而空间曲率的改变是以光速传播的。从此,幽灵般的超距作用(即引力传播速度为无穷大)被踢入了物理学的废纸框。

  太阳弯曲时空

  信息的传播也被局限在了光速之内。

  也就是说,如果太阳此刻立刻消失,我们会在8分钟后才能感受到它对地球的影响。必须经过8分钟,地球才接收不到太阳光,不受太阳的万有引力。

  引力波,电磁波在真空中,都是以光速进行传播。胡定欣

  引力波是时空的涟漪,如图。

  引力波的产生光速不可超越的定理深入人心。

  量子纠缠:

  直到量子力学的建立,玻尔与爱因斯坦两大科学巨人之间爆发了一系列激烈的争论。EPR佯谬(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)出现,这是E:爱因斯坦、P:波多尔斯基和R:罗森1935年为论证量子力学的不完备性而提出的一个悖论(佯谬)。

  该佯谬认为:

  如果量子力学是完备的,那么它不应该违背光速不可超越原则。假设一个粒子分解为两个粒子,并向相反方向运动,经过足够长的时间,相隔了1光年,我们可以在一个方向测量一个粒子的某些物理特性,与此同时,我们就知道了另一个粒子的某些物理特性。也就是说我们是瞬间知道了1光年外的粒子的某些物理信息。举一个不严谨的例子,由泡利不相容原理可得,两个粒子的自旋量必定相反。如果我们知道了一个粒子的自旋量,那么同时我们也知道了另一个粒子的自旋量。这似乎是某种超光速的信息传递。(此段可跳过,对于后续阅读无影响)这似乎违背了狭义相对论的信息与能量不可超光速的原则。这似乎说明量子力学是不完善的。但是,其实我们已经知道,粒子必然会处于两种状态之间,如果我们测量一个粒子的状态,那么我们同时也知道了另一个粒子的状态。就像你提前知道一个人会穿一条红袜子和一条绿袜子。当你遇到他时,只需要看了他的左脚穿什么颜色的,同时就知道了右脚穿什么颜色的(轻拍)。这不会传递信息。量子纠缠的概念上源于EPR佯谬,爱因斯坦提出这个概念,本是为了证明量子力学的不完善性,证明物理世界是定域实在的,然而最终结果却十分令人惊讶。

  定域实在论:

  定域实在论实际上分为两个词,定域论与实在论。定域论:宇宙间的任何作用都不能超光速传播。实在论:物理概念都是具有实在性的。例如,实在论认为电子是一个客观存在的真实点状粒子。题外话:为什么爱因斯坦会认为量子力学是不完善的呢?玻尔曾经说过:谁不为量子论而感到困惑,那他就是根本不懂量子力学。”量子力学在微观尺度上精确的描述了粒子的运动,并在随后的几十年里与狭义相对论,经典场论共同构成了量子场论的基础。但是,科学家对于量子力学奇特的性质,有很多不同的诠释,比如,最著名的哥本哈根诠释,还有多路径积分,多世界理论等等。或许,我们以后可以验证许多著名的思维实验。比如,对猫咪过敏的薛定谔的那只又活又死的可怜的小猫,在无限个世界里的量子自杀(或许永远也不可能验证),等等。贝尔不等式的最终证明,为量子力学的完善性,提供了一个有利的证据。我们暂时不要去管量子力学的完善性如何证明,以及它与相对论是否可以构成一个更大的理论框架。这里,我们得到了一个概念。量子纠缠,这个幽灵般的超距作用又回来了。量子纠缠也许是基于时空的某些奇特的性质,现在还需要进行更多的理论研究。我国的墨子号卫星便是世界上第一个量子卫星,(加密方式的不同)也许它可以为这些疑问提供更多的解答。综上,目前来看,也许存在一个更大的物理框架,在这个框架里,我们会得到关于宇宙最本质问题的解答。比如,自然常数的选择,自然规律的确定性与混沌性(三体问题只存在特殊解),时空的本质,物质的本质。现在,而这个理论最有可能是超弦理论。但是,验证超弦理论需要的能量尺度远高于现在高能物理加速器所能达到的最高能量。(题外话)物理大佬们

  大家不要看了就走,收藏!感谢!一下( ? ? ? )

  知乎小透明默默发抖。

  如需转载,请私信。

  一个新的科学真理取得胜利并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明,而是通过这些反对者们最终死去,熟悉它的新一代成长起来。” ——Max Karl Ernst Ludwig Planck

  机灵:

  知乎物理学话题下很多“为什么”的问题都能用一句话来回答:Experiments say so.

  (另外,那些用相对论来回答这个问题的答案都是错的。因为相对论只是我们为了描述这个世界而构造的理论,我们不能反过来用相对论来证明物质和信息的运动速度不能超过真空光速)

  没有人知道为什么。物理学家只能提出理论来解释现实世界中观察到的现象,而不能定义现实世界是什么样子。

  物理学家观察到现实世界里面没有任何超过光速的现象,然后提出一套理论来解释这个现象。到目前为止我们观察到的现象都跟这个理论是符合的。但也许明天我们就发现超过光速的东西呢?那这个理论就被推翻了。

  物理学就是在不断推翻自己的过程中前进的。

  请让我们一起来回忆一个最基本的物理规律 —动量守恒。还记得我们小时候打玻璃弹珠吗?如果你用你的玻璃弹珠把对方的玻璃弹珠打飞至一定的距离,你就可以赢得那颗打飞的弹珠。每一个打玻璃弹珠的人都会有一个自然的体会,那就是自己的弹珠越重、打出的速度越快,则对方的弹珠就会飞得越远。但这里面还有些特别的技巧要掌握:首先,你要正面击中对方的弹珠,如果打偏了效果就不好;其次,如果你能打出一个「旋转弹」,则这个弹珠打到对方的弹珠后,会停在原地旋转,而对方的弹珠则会滚得很远。这里面的道理就是动量守恒定律。在一个理想化的状态下,如果你的弹珠质量是 m1 ,弹珠出手的速度是 v1 ,对方弹珠的质量是 m2 ,对方弹珠被撞后的速度是 v2 。假设对方弹珠被撞击后,你的弹珠停在原地不动,则符合下面的关系式:

  m 1 v 1=m 2 v 2

  这便是动量守恒定律。由这个最基本的动量守恒的公式,我们还能得出另外一个含义相同的公式。比如有一个物体的质量是 m0 ,以速度 v0 运动,在运动途中由于某种原因(比如某个定时断开的机关)突然一分为二,分成两个质量为 m1 和 m2 的物体,分开后的速度分别为 v1 和 v2 ,则它们之间也要符合动量守恒定律。如果用公式写出来就是这样:

  m 0 v 0=m 1 v 1 + m 2 v 2

  爱因斯坦把玩着这个公式,突然想到:根据用洛伦兹变换推导出的新的速度合成公式,两个物体的合成速度不可能无限增大,而是会随着接近光速而递减,那么为了满足动量守恒,质量 m 的数值就必须增大。爱因斯坦想到了马上就动手,他很快就利用洛伦兹变换和动量守恒定律得到了下面这样一个公式:

  使用 App 查看完整内容

  目前,该付费内容的完整版仅支持在 App 中查看

  App 内查看