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天人地 2024-03-24 12:28
光速，每秒30万公里，准确来讲是每秒299792458米，是宇宙中的最快，任何速度都不可能超过光速。任何具有静质量的物体速度都不可能达到光速，而任何没有静质量的物体速度必须无条件以光速飞行，比如说光子，胶子等基本粒子。


这意味着，光速，其实严格来讲并不是指“光的速度”，而是任何无质量粒子的速度或者说信息的传播速度。只是因为光在我们身边无处不在，科学家一开始就把光速定义为光的速度，也算是一种习惯吧。当然，光的速度是光速，并非偶然，而是必然的。如果一开始把光速定义为引力波的速度，那么我们也会发现光的速度仍旧是“光速”！
为什么我们永远不可能达到光速？简单来讲，因为我们都有质量。万物如何获得质量的呢？因为希格斯玻色子的存在，大部分基本粒子会与希格斯玻色子发生作用获得质量，其实发生作用的过程就是减速的过程，也是获得质量的过程。


虽然科学家们知道光速不可超越，但并没有放弃尽可能创造出无限接近光速的速度，当然目的不是为了打破光速限制，而是想看看当物体的速度无限接近光速时，到底会发生什么？
实际上，科学家们正是通过这种方式发现了希格斯玻色子的存在，也证明了希格斯机制，解释了万物质量的来源。
如今，物理学家们利用大型粒子对撞机，把质子的速度加速到每秒299792455米，只比光速慢了每秒3米，已经非常接近光速了。


但那并不是人类创造的最快速度。与质子相比，电子的质量更小，只有质子质量的1836分之一。这意味着物理学家可以把电子加速到更高的速度，这个速度更进阶光速，只比真空中的光速慢了每秒3.6毫米！


但这只是凭借人类力量创造出来的速度，而人类在大自然面前太渺小了，太小儿科了。
宇宙中充满了太多超乎想象的能量来源，比如说超新星爆发，中子星碰撞，黑洞碰撞等，这些宇宙大事件创造出来的磁场比人类创造的最强磁场还要高数十亿倍，意味着人类在大型对撞机中让粒子获得的能量，与大自然中粒子获得的能量，完全不在一个数量级上。
大自然产生的高能粒子，携带的能量甚至可以达到10的19次方电子伏特。这么高的能量，粒子的速度可以达到光速甚至超光速吗？


理论上是可以的，只要给粒子提供无穷的能量。但奇怪的是，大自然似乎对物质携带的能量有限制。当粒子的能量来到5乘以10的19次方电子伏特时，大自然就会“主动干预”。具体是如何干预的呢？
我们都知道，宇宙中充满了大爆炸留下的微波辐射，而任何粒子在传播过程中，势必要穿过这些微波辐射。


微波辐射的温度非常低，只比绝对零度高了大约3度，微波辐射中每个光子的能量是非常低的，只有大约0.00023电子伏特。
但正是这些微弱的微波辐射“干预”了粒子的速度，阻止粒子速度达到光速。


任何粒子穿过微波辐射时，都有一定几率与光子发生作用，然后产生一种新的粒子。


当然，新产生的粒子不是凭空产生的，能量肯定来自原来创造它的系统里。当高能粒子的能量达到10的17次方电子伏特时，就有一定几率在与微波辐射发生碰撞产生正负电子对，只不过这样的能量损失速度非常慢，对粒子的影响并不大，粒子同样可以以该能量传播上亿年时间。
但是，如果粒子的能量继续升高，在与微波辐射碰撞时还产生一种很轻的强相互作用粒子，中性π介子，损耗135兆电子伏特的能量。


这就是被称为“GZK极限值”的能量阈值，大约为5乘以10的19次方电子伏特，达到这个能量阈值的高能粒子就会与微波辐射发生作用，产生中性π介子，损耗一定能量，让高能粒子的能量低于该能量阈值。
理论上计算，当一个质子的能量达到GZK极限，你知道质子的速度可以达到多少吗？
几乎可以算得上无限接近光速了，光速是每秒299792458米，而质子的速度可以达到每秒299792457.999...（小数点后21个9）！


我们甚至可以认为就是以光速飞行。如果这样的质子与光子赛跑，同时飞向4.2光年外的比邻星，当光子到达比邻星时，质子仅仅落后到了22微米，慢了770飞秒而已，一飞秒等于一千万亿分之一秒！
即便是飞往250万光年外的仙女座星系，然后再返回地球，质子也只是比光子慢了大约13秒！
但很可惜，那看似微不足道的差距，看似“加把劲”就能赶上的差距，实际上是永远无法逾越的鸿沟！大自然在创造宇宙时，仿佛早就“留了一手”，阻止任何具有质量的物体达到光速，更不要说超光速了！
这才是宇宙限制物体速度达到光速的根本原因所在。


我们并不知道大自然为什么要这么做，但现实就是这样。而也是因为光速限制，有人大胆提出了“虚拟世界”的观点，认为我们的宇宙就是超级文明模拟的虚拟世界，超级文明通过程序设计阻止人类超光速，目的就是为了防止速度过快，导致虚拟世界的系统加载速度变慢，甚至出现系统宕机！当然，虚拟世界的观点也只是猜想，现实中很难证实。

jjybzxw 2024-03-24 12:52

大自然将宇宙极限速度设定为光速（每秒约30万公里）的原因可以从两个方面来解释：相对论和量子力学。

1. 相对论：爱因斯坦的狭义相对论提出了一个重要的概念，即光速不变原理。这意味着在任何惯性参照系中，光速都是一个常数，约为每秒30万公里。这个原理是相对论的基础之一，它导致了许多非直观的现象，如时间膨胀、长度收缩等。狭义相对论中的质能方程（E=mc²）也表明，质量和能量是可以相互转化的。因此，当一个物体试图加速到光速时，需要无限的能量。这也是为什么具有质量的物体无法达到光速的原因。

2. 量子力学：量子力学是描述微观世界行为的理论，它告诉我们，物质和能量是量子化的，即它们只能以一定的最小单位存在。在量子力学中，有一个名为海森堡不确定性原理的概念，它规定了我们不能同时精确地知道一个粒子的位置和速度。当我们试图将一个粒子加速到接近光速时，这种不确定性变得非常显著。换句话说，当我们试图让一个粒子的速度接近光速时，它的位置和速度之间的关系变得非常模糊，这使得达到或超过光速变得非常困难。

此外，从宇宙尺度来看，光速作为一个极限速度，也有助于保持宇宙的稳定性和因果关系。如果物体能够达到或超过光速，那么时间膨胀和长度收缩效应将更加显著，可能导致一系列悖论和不稳定现象。因此，大自然将宇宙极限速度设定为光速，可能是为了保持宇宙的和谐与稳定。

总之，大自然将宇宙极限速度设定为光速的原因可能与相对论、量子力学以及宇宙稳定性等多种因素有关。虽然我们还没有完全理解这其中的所有细节，但这些理论和实验结果都支持光速作为宇宙的极限速度。

当我们谈论光速时，我们实际上是在谈论一种极限速度，即任何无质量粒子的速度或者信息传播的最大速度。光速每秒约为299,792,458米，这是一个非常惊人的速度。然而，根据爱因斯坦的相对论，任何具有静质量的物体都无法达到或超过光速。这是因为，当物体的速度接近光速时，其所需的能量将趋于无穷大。

要理解为什么具有质量的物体不能达到光速，我们需要提到希格斯玻色子。希格斯玻色子是一种基本粒子，它通过与其他基本粒子相互作用来为它们赋予质量。这个过程被称为希格斯机制。简单来说，当其他基本粒子通过希格斯场时，它们会受到阻力，从而减速并获得质量。这就是为什么具有质量的物体无法达到光速的原因。

尽管如此，科学家们一直在尝试创造越来越接近光速的速度。例如，他们利用大型粒子对撞机将质子加速到每秒299,792,455米，只比光速慢了每秒3米。然而，这还不是人类创造的最快速度。事实上，电子（另一种基本粒子）的质量比质子小得多，因此科学家们可以让电子加速到更接近光速的速度，只比真空中的光速慢了每秒3.6毫米！

然而，这些速度仍然远远低于光速。在宇宙中，有一些极端事件（如超新星爆发、中子星碰撞和黑洞碰撞）会产生极强的磁场和高能粒子。这些高能粒子的能量甚至可以达到10^19电子伏特。那么，这些粒子的速度能否达到或超过光速呢？

理论上，如果给粒子提供足够的能量，它们的速度可以接近或达到光速。然而，大自然似乎对物质粒子的能量有限制。当粒子的能量达到5 x 10^19电子伏特时，大自然会通过逆康普顿散射等过程使粒子损失能量，从而限制它们的速度。逆康普顿散射是指高能粒子与宇宙微波背景辐射相互作用，从而损失能量的过程。

总之，尽管科学家们正在努力探索物质粒子速度的极限，但在目前的宇宙环境中，物质粒子的速度似乎被限制在光速以内。这为我们理解宇宙的基本规律提供了重要线索。在未来，科学家们将继续研究这一现象，以期揭示更多关于宇宙奥秘的知识。


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