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爱因斯坦是否说过光速是不可超越的?那么宇宙是否在超光速膨胀呢?这怎么解释?

十万个为什么 空空 2024-4-09 07:42:58 4次浏览

关于问题爱因斯坦是否说过光速是不可超越的?那么宇宙是否在超光速膨胀呢?这怎么解释?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【yang】的最佳回答:

爱因斯坦是否说过光速 c 不可超越这句话不可考,但从他与玻尔那场论辨来看他坚持光速 c 是宇宙中最大速度。现在看来他并不全对,我们还是可以观察到超光速事件的。这是因为我们关于速度的定义出了问题(见图)或者说没有跟上狭义相对论的节奏、亦是狭义相对论少了部分内容:

空间内速度的定义是 v=c*x/ct;时域内速度的定义是 v=c*ct/x。

狭义相对论是个一维运动理论(注意是一维),里面的公式让人感到非常困惑,爱因斯坦即便到了晚年对它也一直还存在着疑问,更不用说别人了。

从物理系出来算起,我大概用了近三十年才明白什么是相对速度[流泪][流泪]。比如说把旋转这种日常现象放到狭义相对论中是怎么区分‘公转 v、自转ω’引起的相对线速 V 的呢?

以三维空间内的地球(M)与月亮(m)为例:

①Mc^2=(R/r°)(t/t°)hf②G=r°*c^2/2M,M/m=t/t°,hf≈2mv^2,这说明引力常数 G 的存在是确保三维空间平坦的绝对因素,ct 及 ct°转化为空间距离。这时候的钟慢质增指的是引力场中的物体旋转角速度ω效应。

因此,引力红移是一种单向多普勒效应,这一点与空气介质中声音多普勒效是有区别的。

解释哈勃红移要用到三维时域这个概念,(先见图片:物理学纲要),着重解释尺缩频减现象。

哈勃红移的成因(尺缩效应)

……M33 星系恒星旋转速率曲线释解

注:M 质量,Mº黑洞质量,R 从星中心与主星中心间距,r°黑洞半径,f、fº频率,t、tº时间,X1、X2 距离,t1、t2 时长,v 从星公转速度。

观察者从观察媒介中读取信息:对时间的觉察来自于波域的自然物频;对空间的感觉来自于物体的运动。

一 当观察者观测恒星系内部时,如太阳系,它会认为这是一个三维空间真空背景,行星们围绕着主星旋转,因而会得出这样的结论(引力红移、钟慢效应):

空间是平坦的 M1*X2=M2*X1

GM=Rv^2

f*t=fº*tº

t=tº/√(1-v^2/c^2)

考虑到时心偏移的影响,则:

GM=(R-rº)v^2, rº=2GM/c^2

二 当观察者观测黑洞星系内部时,如 M33 星系,它会认为这是一个三维时域真空背景,恒星们围绕着黑洞旋转,因而会得出这样的结论(引力红移、尺缩效应):

时间是平坦的 f2*t1=f1*t2

2GMº=r°*c^2

λ°*r°=λ*r

r=r°/√(1-v^2/c^2)

r=2GMº/c√(c^2-v^2)

考虑到位置偏移影响 ,则:

R-r°=2GMº/c√(c^2-v^2)

三 M33 星系恒星旋转半径 R 与速率 v 曲线

2GMº=(R-r°)*c*√(c^2-v^2)

【2】、来自网友【路平说】的最佳回答:

准确来说,宇宙膨胀的速度曾经并且正在超光速,但是情况和大多数人其实想象得不太一样。

光速不变原理

首先,很多人可能会问,不是根据爱因斯坦的相对论,不可以超光速的么?可是,事实上,这是狭义相对论的基础假设:光速不变原理。

通过推导,我们可以知道的是静止质量不为零的物质是不可能超过光速的,要让它们超光速需要无穷大的能量。而静止质量为零的,比如:光子,可以达到光速,但也无法超过光速。

所以,光速不变原理其实是针对物质、信息、能量。

可问题是,宇宙空间既不是信息,也不是能量,更不是物质。所以,光速不变原理并不会对空间起作用。

知道了这一点,我们再来看看宇宙空间是如何超光速的,我们可以从宇宙大爆炸说起。

宇宙膨胀

我们都知道 138.2 亿年前有个奇点,这个奇点空间曲率无限大,温度无限高,密度无限大,体积无限小,然后这个奇点发生了大爆炸,在第一秒内出现了许多事。

其中有一件事就叫做:暴胀。

那什么是大暴胀呢?实际上,宇宙大爆炸之后,空间就一直在膨胀。

而大暴胀就是极其快速的空间膨胀,具体的描述就是:

在宇宙大爆炸之后 10^−36 秒,宇宙空间呈现出了加速膨胀的过程,整个过程的时间只持续了 10^−33 至 10^−32 秒。在这期间宇宙空间发生了 100 倍的膨胀,也就是 2^100 ,尺度变大为原来的 10^30 倍。

这种天文数字其实我们很难能够感受得到,我们可以举个例子,如果把那个时候的宇宙看得像一个沙子那么大,那它就是一下子膨胀到可观宇宙那么大(直径 930 亿光年),然后再把这个时期的宇宙看得像沙子那么大,再膨胀到可观宇宙那么大。

所以,这速度不是超过光速一点,两点,而是超出了比上万亿倍还要多。暴胀之后,宇宙继续膨胀,只是速度要慢得多。

可能你要问,有没有证据呢?我们可以先从大爆炸说起,大爆炸的证据大概有三个,分别是:

  1. 哈勃观测到红移现象
  2. 宇宙微波背景辐射
  3. 氦元素的丰度

其中,哈勃观测的红移现象,是指星系正在退行。而宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸之后的余热宇宙中传播的证据,这是理论语言,并且实实在在找到的证据。通过大爆炸模型,科学家算出了宇宙大爆炸到至今,氢元素和氦元素的比例,并且通过观测,理论和实际观测相符。

那暴胀理论呢?

关于暴胀理论也是有证据的,2014 年 3 月 17 号,BICEP2 科学家团队对外宣布了可能在 B 模功率谱中探测到了:大暴胀时期所产生的引力波。这个发现成为了证明暴胀理论最强烈的证据之一,也同时完善了标准宇宙学模型。不过,这个发现,目前多方科学机构还在确认当中,后续可能还会有变数。

除此之外,科学家之所以承认“暴胀理论”,还有一个原因,那就是这个理论解决了宇宙大爆炸留下来的很多问题,这当中就包括了:

  1. 宇宙为什么在各个方向都显得相同?
  2. 宇宙微波背景辐射为什么分布这么均匀?
  3. 宇宙空间为什么那么平坦
  4. 人类为什么观测不到磁单极子?

这些问题,暴胀理论都能很好地解释。除了暴胀理论,其实还有其他假说,但没有暴胀理论的证据充分,以及解决的问题多。

目前宇宙膨胀也超光速了

除了暴胀理论中,宇宙空间膨胀超过了光速之外,其实目前,我们的宇宙也在超光速膨胀。并且,还是加速膨胀。这是 1998 年,两个科研小组通过研究 1a 型超新星,独立发现了的结果。这种加速膨胀的情况,直接预示着宇宙存在着某种真空能,能够提供斥力,使得宇宙加速膨胀。

后来,科学家将这种真空能命名为暗能量,暗能量占到了目前宇宙总量的 70%。

如果,以地球为参考系,利用宇宙模型,我们就可以算得出,星系退行的速度,也就是宇宙膨胀的速度,在大尺度上,超光速的现象比比皆是。由于篇幅关系,在这里就不进行运算了。

最后,我们来总结一下,宇宙空间不会受到光速不变原理的限制,因为空间既不是物质,也不是能量,膨胀也不会传递信息。所以,宇宙空间膨胀是可以超光速的,在暴胀理论中,宇宙膨胀速度达到了光速的万亿倍以上,而如今的宇宙正在加速膨胀,也存在着超光速的现象。

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