为什么无法超越光速 为什么超不过光速

最佳回答2024-03-26

超光速(faster-than-light, FTL或称superluminality)会成为一个讨论题目,源自于相对论中对于局域物体不可超过真空中光速c的推论限制,光速成为许多场合下速率的上限值。在此之前的牛顿力学并未对超光速的速度作出限制。而在相对论中,运动速度和物体的其它性质,如质量甚至它所在参考系的时间流逝等,密切相关,速度低于(真空中)光速的物体如果要加速达到光速,其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量,而且它所感受到的时间流逝甚至会停止(如果超过光速则会出现“时间倒流”),所以理论上来说达到或超过光速是不可能的(至于光子,那是因为它们永远处于光速,而不是从低于光速增加到光速)。但也因此使得物理学家(以及普通大众)对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。
2000年7月,由于英国《自然》(Nature,2000,406:277)杂志发表了一篇关于“超光速”实验的论文,引起了人们对超光速倒底是否存在的讨论。其实对在介质中使光脉冲的群速度超过真空中光速c, 科学家们早有研究,而Nature中报道的这个实验就是实现了这种想法。但是这并非是人们想象的那种所谓违反因果律(或者相对论)的超光速,为了说明这个问题,让我们看一看由华人科学家王力军所做的这个实验。
光脉冲是由不同频率、振幅、相位的光波组成的波包,光脉冲的每个成分的速度称为相速度,波包峰的速度称为群速度。在真空中二者是相同的,但是在介质中如我们所知道的存在如下的群速度与介质。
折射率的关系:
vg = c / ng , ng = n + ω(dn/dω)
显然在一定的情况下(如反常色散很强的介质)可以出现负的群速度,此时,光脉冲在介质中传播比真空中花的时间短,其差ΔT = (L/v) - (L/c)达到绝对值足够大时就可以观察到“超光速”现象,即“光脉冲峰值进入介质以前,在另一边已经有脉冲峰出射了”(由王力军原文译)。
那么这种超光速是不是违背因果率呢?我们仔细考查王的实验就会发现,出射光脉冲虽然是在入射脉冲峰值进入介质之前出现的,但在这之前入射脉冲的前沿早已进入介质了(如图),因此出射脉冲可以看作是由入射脉冲前沿与介质相互作用产生 的。其实王的实验重要意义正在于实现了可观测的负群速度的这一现象,而不是像媒体炒作的那样发现了什么“超光速”,负的群速度在这里就不能理解为光的速度了,它也不是能量传输的速度。当然,这一实验本身就说明我们人类对光的认识又前进了一步。对这个实验的解释只凭折射率与群速度的关系这个公式是远远不够的,这其中包含了量子干涉的效应,涉及到对光的本质的认识,揭开蒙在“超光速实验”头上的面纱,仍然是科学家们奋斗的目标。
很多人在了解了这个实验后就会想到能否用这种“超光速”效应来传递信息,在王的实验中,“超光速”的脉冲不能携带有用的信息,因此也就无从谈起信息的超光速传递,同样能量的超光速传输也是不行的。
与超光速实验具有相同轰动效应的是另一种“超光速”现象
quantum teleportation即量子超空间传输(或量子隐形传态),这个奇妙的现象因其与量子信息传递及量子计算机的实现有密切联系而引起人们的关注。所谓超空间,就是量子态的传输不是在我们通常的空间进行,因此就不会受光速极限的制约,瞬时地使量子态从甲地传输到乙地(实际上是甲地粒子的量子态信息被提取瞬时地在乙地粒子上再现),这种量子信息的传递是不需要时间的,是真正意义的超光速(也可理解为超距作用)。在量子超空间传输的过程中,遵循量子不可克隆定律,通过量子纠缠态使甲乙粒子发生关联,量子态的确定通过量子测量来进行,因此当甲粒子的量子态被探测后甲乙两粒子瞬时塌缩到各自的本征态,这时乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。这种信息的传递是“超光速”的。
但是,如果一位观测者想要马上知道传送的信息是什么,这是不可能的,因为此时粒子乙仍处于量子叠加态,对它的测量不能得到完全的信息,我们必须知道对甲粒子采取了什么测量,所以不得不通过现实的信息传送方式(如电话,网络等)告诉乙地的测量者甲粒子此时的状态。最终,我们获得信息的速度还是不能超过光速!量子超空间传输的实验已在1997年实现了(见Nature,390,575.1997)。
以上两个超光速的方案目前还只处于理论探讨和实验阶段,离实用还有很远的距离,而且这两个问题都涉及到物理学的本质,实验现象及其解释都在争论之中。

其他回答(3)

老童说娱乐趣闻 回答时间:2024-03-26

不能。你这种加速的计算方法是基于牛顿的经典力学推导的。但当物体的速度接近光速时,就不能用经典力学的公式来计算,而应该用相对论。牛顿的经典力学只是相对论在宏观低速情况下的一个完美近似。
在相对论里,有一个重要的数据β,它等于v/c,也就是速度和光速的比。当速度较高时,物体时间的流逝为t=t1/√(1-β^2),可以看出,当速度接近甚至达到光速时,β就接近甚至等于1,这样,根号下就为0了,时间的流逝也就停止了。但如果超过光速,根号下就会出现负数,所以相对论认为没有物体的速度可以超过光速。

凹面社 回答时间:2024-03-26

如果这个物体不断的加速度,那么它的体积会越来越小,当到达光速的时候,体积会非常非常的小了,可能会和光粒子的大小一样了(也就是物质的最最最最基本的大小单位),这个时候你就看不到这个物体了,他的时间可能也就处于停止状态了。那么这个物体在加速度的时候(假设有这么一个力给它加速度),它的大小可能也就成了负大小的了(或许是现在所研究的暗物质吧),那到那个时候,没准这个物体已经到了另外的一个时空了。。。
以上只是个人观点。。。o(∩_∩)o...、、

FOAK 回答时间:2024-03-26

楼主阿楼主 茫茫人海 我终于找到知音了 我从小就很喜欢思索此类问题 宇宙 天文 地理 我经常跟身边的同学谈起这些问题 可无奈我发现 他们好像都不太感兴趣 于是很长时间我都悲观地认为 是不是只有我一个人会老是去想这些问题 现在看了你的提问 不管我能不能回答 我都非常开心 因为我发现还是有人像我一样去思考这些问题的 同时我也会用最认真的态度去思考并回答你的问题 你的分并不高 可这跟我回不回答一点关系也没有 更加跟你给不给我分没有关系 看到这些问题 我好心安啊 至少也有人跟我一样 在思索着这些问题 思考着宇宙有没有边 思索着宇宙外面是什么……
这样 楼主 在回答你的问题之前 也请你看看我在百度的一个提问 让你看看我一直以来思索的问题都是些什么
每个问题我都在下面写了自己的见解 望你能给我一些指点和批评:
1:宇宙有边吗?
我的答案:当然没有。宇宙是一个广大的空间,说它有边的理论,很容易被打破,最典型的一句话就是“如果有边,那边的外面是什么?” 也可以这样想,现在,我们乘一个超光速1000倍的飞行器往宇宙的一个方向笔直飞去,然后,有一天终于遇到一个边了。好了,现在我们假设,这个就是宇宙的边,可现在,我拿一个原子弹放到这个边上爆炸,哪怕只炸出了1微米的缝隙,这不是表示,我们还可以往前前行吗?也就是说,如果我炸10000次呢?
2:比原子核小10000倍的东西是什么?
我的答案:大家都知道,现实世界中,比分子小的是原子。原子是构成自然界各种元素的最基本单位,由原子核和核外轨道电子组成。那大家有没有想过,原子核是有什么组成的?现在的科学回答不了这个问题,因为我们可以发现的最小的东西就是原子(或许有人会说是垮克,轻子)。可是,未来呢?如果,有一天,我们又可以将垮克,轻子放大1000倍,那你就会知道,原来比垮克,轻子小的东西还大有东西在,可是,这样放大有尽头吗?有尽头吗????人说:一滴水里就有一个宇宙。这句话不是很有道理吗?令人深思。
3:超光速就可以超越时间吗?
我的答案:对于这个问题,我很自信地回答:绝对不可以。爱因斯坦在《相对论》里阐述过类似理论,人们一旦超越光速就可以超越时间。我觉得这简直就是一个谬论。最典型的漏洞就是,如果一个速度可以代表时间,那这个速度的耗时量一定是0。也就是说,只有不耗时间的速度才可以代表时间。但是,光速是如此吗?我们都知道,光速是214300km/s。虽然很快,但依然还是耗了时间的。举个例子说,在古时候,人们不知道光速,人们发现老远说话就能听到,于是认为声速是世界上最快的速度。因为,有人说,超声速就可以超越时间。现在,超声速飞机已经不是什么稀奇的东西了,可开着超声速飞机的人真的就超越时间了吗?NO!同理,现在人们就陷入了相同的境遇,人们还没有超越光速,于是就认为光速是世界上最快的速度,超越光速一定就可以超越时间了。等到未来有一天,超光速飞机也不稀奇的时候,大家就会发现,超光速就和超声速一样,根本不会引发质变! 记住一点 能代表时间的速度是没有速度的 而这样的速度是不存在的!
4:人可以回到过去,或者可以去到将来吗?
我的答案:这个问题,我对自己的答案同样非常自信。我的答案是,人不可以回到过去,但可以去到将来。过去的东西就是过去了,时间是不可逆转的,因为历史是固定的。但人可以去将来,为什么呢?我举个例子,现在科学家在研究一种技术,将人冰冻,然后在未来100年或1000年后解冻。虽然这种技术现在还不成熟,但在不远的将来是可以实现的。那我们想,现在把一个人冰冻了,然后在未来1000年后解冻,那在某种意义上说,他是不是去到未来了呢?或许你会说我钻牛角尖,但确也是实实在在的,不容辩解!有些科学家提出了这样的理论,就是80年代震惊全世界的“杀外祖母”理论,就是说,如果人可以回到过去,那他就把自己的外祖母杀了,当然,没有外祖母就不会有自己的父母,更谈不上有自己。那现在的我是怎么回事?
先加你为好友 认识你我太开心了!

为什么胳膊上有斑 最近发现胳膊上都长斑了

该问题还有3 个回答,点击查看

胳膊上有老年斑是怎么回事有来医生,胳膊上有老年斑是怎么回事语音内容老年斑是一种通俗的叫法医学上应该称之为脂溢性角化病或者日光性黑子,一般认为日光性黑子是脂溢性角化病的早期日光性黑子不突出于皮面,为什么有些人满脸“老年斑”有的却干干净净,在外部因素中,紫外线是导致老年斑形成的重要因素。

为什么生男孩破财 为啥生男孩

该问题还有3 个回答,点击查看

俗语“有福之人春秋生孩子无福之人夏冬生孩子”,夏冬两个季节的食物比较匮乏,如果这个时候生孩子,产妇的营养很可能跟不上,母乳分泌不足,孩子饿了就要哭闹,对孩子成才和孕妇的恢复都是不利的,如今男多女少生男孩的家庭最好做这几个准备不然他会打光,所以生男孩的家庭要提前做好心理准备你家孩子未来有可能“打光棍”。

上一篇

为什么国道也要收费 国道为什么免费

下一篇

新疆列车为什么停运 新疆的火车为什么突然停了

相关问答

最新问题

热线 热线
400-118-6638
QQ QQ
QQ在线咨询
微信 微信
微信
关注 关注
关注
返回顶部

微信扫一扫

微信扫一扫