| 天人地 | 2023-04-29 13:16 |
除了光速之外，宇宙也有速度限制，这才是人类真正的障碍。这种速度，他们谁都达不到，只能无限接近。 虽然听起来有些奇怪，但1887年迈克尔逊-莫雷的实验结果就是这样。光速是恒定的，无法达到或超越，这已成为物理学中的公理。  想要实现无限接近光速，就必须先突破这个障碍，这是人类到达极限速度路上的绊脚石。  夸克、电子（轻子）、中微子等粒子都具有质量的本质属性，而由它们组成的质子、原子和人类也都具有质量，所以我们在现实中所能看到的一切物质生命都在必须在真空中以低于光速的速度行进。 而那些没有质量的粒子和波在真空中必然以光速运行。那么我说的另一个限速是多少呢？它从真空开始。  真空中充满了低温辐射（CMB），也就是我们常说的微波背景辐射。它们来自大爆炸后产生的高温辐射。经过138亿年的冷却，这些光子现已进入微波波段。目前温度只有2.7K，但是这些光子在宇宙中大量存在，在你身边无处不在，密度为400个光子/cm^2。  它们也大量填充空间，但它们是中性粒子，不参与电磁相互作用。虽然每秒钟有超过数十亿的中微子在穿透我们的身体，但我们对它们毫无感觉。 真空中充满了星际介质。宇宙中有大量物质在长期的引力作用下凝聚成恒星、星系等物质结构，但仍有大量物质残留，充斥着星际空间。  这里有一个问题，你看，如果我们人类要创造更高能量的粒子，也就是动能最高的粒子，或者无限接近光速的宇宙飞船，都需要在太空中飞行. 因此，它们在飞行的过程中，在太空中难免会遇到以上三种物质。其中，微波辐射的光子影响最大。 因为这些光子在宇宙中是最多的，而且分布的很均匀。更重要的是，人类可以加速的高能带电粒子或人类制造的超高速宇宙飞船都会与这些光子发生相互作用。  大型强子对撞机是我们人类可以创造最高速度的地方，但是宇宙中还是有一些天然的加速器，它们的能量更大，它们可以创造的粒子速度更快，它们就是中子恒星和黑洞。  大型强子对撞机产生的质子速度达到299,792,455米/秒，相当于光速的99.999999%，高能宇宙线的能量是质子的36000,000倍对撞机。速度为299,792,457.9999999999999992米/秒，非常接近光速，但仍低于光速。但奇怪的是，我们在地球上接收到的宇宙射线中的大部分质子能量（速度）都集中在这个速度上，而且不会高于这个速度。  如上所述，宇宙的真空并不是真空。这些宇宙射线诞生的时候，它们的速度肯定更快，更接近光速，能量也更高，但是当它们在太空中飞行时，它们与微波辐射中的光子发生了相互作用。 虽然这些光子的能量很低，但宇宙射线中质子的能量很高。当这些质子与光子碰撞时，会在E=MC^2中产生新的粒子，并从高能质子中窃取能量，使质子减速。  直到质子的能量降到5×10^19eV以下，这个能量就是宇宙中的能量极限，称为GZK极限。GZK是三位物理学家名字的首字母。这个理论解释了为什么宇宙射线中粒子的速度有一个截止点，也解释了粒子所能携带的能量的极限。 我们目前认为，宇宙中的每一条宇宙射线、每一个质子、每一个原子核，包括宏观世界的物体，都必须遵守GZK极限。  但是很遗憾，此时的质子会失去大量的能量，以极快的速度跌破这个能量极限。所以，我们人类未来在接近光速的路上，一定会遇到这样的麻烦。 如果我们创造了一艘非常快的宇宙飞船，它也会与微波辐射中的光子相互作用，导致整艘飞船燃烧殆尽。所以所有带电粒子在宇宙中行进，包括我们能看到的所有物质，都是有速度限制的，不是光速，而是低于光速的一个数值。这一切都是由大爆炸的微波辐射造成的。 但是，随着未来宇宙的不断膨胀，微波辐射中的光子会不断冷却，由此造成的速度极限会不断上升，慢慢逼近光速。 但需要注意的是，微波辐射中的光子不会有一天消失，只会越来越冷，永远是人类无限接近光速路上的绊脚石。 |
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