| 天人地 | 2024-01-28 13:26 |
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一个物体最快的移动速度能达到多快？爱因斯坦告诉你：30万公里每秒，更准确地说，是299792.458公里每秒——也就是我们熟知的“光速”。 光速意味着什么？8分20秒，光可以从太阳发出，照射地球表面；8年5个月，达到光速的飞行器可以从地球出发，到达离地球最近的恒星半人马座α星（比邻星）；在互联网盛传的外星种族“小灰人”的“家乡”Zeta双星系，以光速从地球出发，则需要39年才能达到。  爱因斯坦在相对论中提出光速猜想的同时，还为它做了一个非常重要的限定：光速就是速度的极限，即“光速极限”论。 与此同时，爱因斯坦还给了人类当头一棒：光速是宇宙中最快的速度，并且，人类永远无法达到光速！  可是，若“光速极限”本就不存在呢？  为何爱因斯坦说光速不可超越？ 要想知道宇宙中到底有没有物体可以超越光速，还得先看看爱因斯坦他老人家是怎么想的——他凭什么就认为，光速就是速度的极限呢？ 根据物理学的质量和能量守恒的定律，粒子的质量转化为能量，能量多大，就意味着速度有多快。根据这个定律，爱因斯坦提出了质能转换的基本公式：E=mc2。其中，E代表Energy能量，m代表mass质量，c代表constant，真空中光速的常量，即约30万公里每秒。  可宇宙中根本不可能存在质量趋近于无穷大的物体——也就是说，有质量的物体的移动速度不可能达到光速。之所以“光”能达到光速，是因为光子的质量为零，即光子没有引力质量。所以，光子的整个质量都转化为了能量，并且达到了极限，光子的速度也因此达到了极限，也就是光速极限。  然而，正所谓“我命由我不由天”，难道人类真无法走出太阳系吗？科学家们又振奋了：既然规则限制了速度的极限，那么我们就绕开光速极限的规则，“卡bug”似的达到超光速的目的不就行了吗？时间是相对的，空间是可以被扭曲的，光速即使是一个极限，我们也能找到超越光速极限，从而成功实现宇宙漫游的方法！  人类速度的极限究竟在哪？ 为超越光速，人类科学家做了许多努力。 美国NASA的X-43A超高音速无人侦察机是人类目前制造的速度最快的飞机。它使用超音速冲压发动机，在冲刺时，达到了9.8马赫的速度，相当于11000公里每小时，达到光速的约27分之一——这是人类在大气层内速度最快的飞机。 如果乘坐这架飞机，以最快速度飞行，只需6分钟，就可从北京飞到上海，而只需12分钟，就可跨越中国南北，从哈尔滨飞到昆明。  也因此，乘坐阿波罗10号的三名宇航员斯塔福德、约翰杨、尤金塞尔南被戏称为“人类历史上最快的三个男人”。  人类历史上速度最快的飞行器是2018年发射的帕克太阳探测器，它是人类为了研究太阳风而发射的，最高速度达到95公里每秒，即38万公里每小时——可是，这个速度也只是达到了光速的0.0003％。  那么，如果飞行器不使用燃料加速呢？这并非是不切实际的幻想，而已经成为了现实——它就是以氙气作为动力源的离子引擎发动机。  1998年美国NASA发射了深空1号探测器，第一次将离子引擎发动机投入实际应用，虽然由于技术限制，它的功率还相对较低，但也已经在宇宙的真空环境中达到了最高11.5公里每秒的速度，已经超越了人类最快的飞机X-43A。  不过，离子引擎有一个巨大的缺点，就是不能像化学燃料燃烧那样一瞬间爆发巨大的推力，而需要在几个月甚至几年内慢慢地、不断地加速，从而越来越快，达到非常惊人的速度。  不过，单个粒子的推动效果是微乎其微的，以太阳到地球的距离为例，光粒子在一平方米太阳帆上产生的推力，只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。因此，如果要进行远距离宇宙航行，这个飞行器的太阳帆要造得十分巨大。  这是常用的宇宙七级文明分类法中，达到一级文明的标志。也就是说，这一时期的文明，可以利用本星球的所有能量，控制星球上的所有资源，甚至可以控制星球上的自然灾害，有能力在海洋中建造城市。 以上，或许就是人类目前掌握理论中，可以被创造出来的飞行器能达到的，人类极限速度。  扭曲时空，脱离物质，人类还能跑更远！ 不过，人类还有办法，可以绕开光速极限的规则，达到超越光速的目的——这就是“曲速引擎”。 在爱因斯坦的狭义相对论中，空间是平坦的，但他同时也认为空间并非永远都是平坦的，而是可以弯曲的，这就形成了广义相对论。为什么地球绕着太阳转，月球绕着地球转？正是因为星体巨大的质量弯曲了周围的空间，形成了引力。 这就像一张有弹性的网，如果在它的中心放下一颗很重的球，球在陷进去的同时，还会造成网的形变，让其他较轻的球不受控制地往中间滚动。  1994年，墨西哥物理学家米格尔·阿库别瑞发表了论文，描述了如何通过时空扭曲超越光速的原理，创造了曲速引擎的模型。因此，曲速引擎还有一个名字，即阿库别瑞引擎。 不过，曲速引擎要想扭曲周围的空间，又不影响飞行器本身，还需要一种特别的物质，这种物质具有负压强和负能量，和人类已知物质的属性都完全不同，它在理论上存在，却没有人在现实生活中发现过它——这就是“奇异物质”（strange matter）。  有了神奇的奇异物质，它的引力就可以压缩飞行器前方的时空，并将时空拖到飞行器后方。这并非飞行器本身超越了光速的限制，而是时空在飞行器周围移动，这就是曲速引擎的运作原理。在这样的飞行器中，可以看到前方的所有星星都被拉成了线状，而朝后看则只能看到一片漆黑。 值得一提的是，虽然飞行器周围的时空被扭曲了，飞行器里的人却不会受到任何影响。  2013年，北京质谱仪BES Ⅲ与日本KEK的Belle团队发现了Zc（3900）的夸克态，如果它确认成立，就将正式确立多夸克态物理的成立，也就意味着人类获取奇异物质成了可能，自然也就有了真实创造曲速引擎的可能。  也有科学家提出了设想：如果人类有着寿命的限制，那么如果人类可以转换为非生物形态呢？比如把人类意识录入电脑，把生命转变会一堆数据，从而实现“永生”。又或者，人类的意识如果是波形态的呢？这样一来，它就可以脱离肉体而存在，且没有了质量，自然也就可以加速到光速甚至超越光速的速度。  |
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