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宇宙中最快的速度是什么,光速每秒多少公里

當然是光速!這是宇宙中所有物質(zhì)和信息的極限速度,沒有之一,只有之最 。光的速度在真空中可以達到每秒約30萬千米,想象一下,是不是極快!?以這樣的速度到達月球不費吹灰之力 。當然對于光速來言,不同的介質(zhì)會產(chǎn)生不同的限制,但真正的光速依然沒有變化 。
光速是指光在真空中的傳播速度,其精確值為299792458米每秒(約等于30萬千米每秒) 。它是宇宙中最快的速度,沒有之一 。根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論,它是一種速度的上限值,宇宙中的任何物質(zhì)能量信息的運行都不能超過這個上限值 。有時候,物質(zhì)、能量或信息似乎會超光速運行,但這只是一種錯覺 。光在介質(zhì)中傳播的速度變慢,也是一種類似的錯覺 。
光從離開太陽表面算起,需大約8分17秒才能到達地球 。圖:LucasVB
速度的上限
根據(jù)狹義相對論,一個靜止質(zhì)量為m和速度為v的物體,其含有的能量由γmc2給出,其中γ是上段文字定義的洛倫茲因子 。當v為零時,γ就會等于1,從而得到著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=mc2 。當v接近c時,γ因子會趨于無窮大,并且需要無窮大的能量才來把具有質(zhì)量的物體加速到光速 。光速是具有正靜止質(zhì)量物體的速度上限,并且單個光子的傳播速度不能比光速更快 。這是在相對論能量和動量的許多實驗中得以證實的結(jié)果 。
洛倫茲因子γ作為速率v的函數(shù) 。因子從1開始,并隨著v趨向c而趨向無限大 。圖:Graph created with KmPlot, edited with Inkscape Trassiorf
更一般地說,信息或能量通常不可能比c傳播速度還快 。對此的一個論據(jù)來自狹義相對論的一種反直覺效應(yīng),即相對同時(Relativity of simultaneity) 。如果兩個事件A和B之間的空間距離大于它們之間的時間間隔乘以c,則存在A先于B、B先于A的參考系、以及它們同時存在的參考系 。
因此,如果某物相對于慣性參照系比c移動得更快,那么相對于另一參照系,它將在時間上向后移動,這樣一來將會違反因果關(guān)系 。在這種參照系中,在其“起因”之前就可以被觀察到其“結(jié)果” 。這種違反因果關(guān)系的行為從來沒有觀測到過,如果有的話,這將會導致一些悖論(Paradox),比如快子電話(Tachyonic antitelephone) 。
在紅色參考系中,事件A發(fā)生在事件B之前;在綠色參考系中,兩者同時發(fā)生;在藍色參考系中,A發(fā)生在B之后 。圖:Army1987 created the original PNG file; Acdx converted it to SVG.
比光速更快的觀測和實驗
在某些情況下,物質(zhì),能量或信息的傳播速度似乎比c傳播的速度更快,但事實并非如此 。例如,在介質(zhì)部分中光傳播的許多波速可以超過c值 。又例如,X射線通過大多數(shù)玻璃的相速度通常可以超過c值,但是相速度不能決定光波傳遞信息的整體速度 。
如果激光束快速掃過一個遠處的物體,那么光點的移動速度可能比c更快 。然而,唯一移動的物理實體是激光器及其發(fā)射的光,其以速度c從激光器傳播到光點的不同位置 。類似地,投影到遠處的物體上的陰影可以在時間延遲之后比c移動得更快 。在這些的任何情況下,所有的物質(zhì)、能量或信息的傳播速度都沒有超過c值 。
在參考系中兩個物體之間距離的變化率(它們的閉合速度)可能會超過c值 。然而,這并不能代表著在單個慣性系中測量的任何單個物體的速度 。
某些量子效應(yīng)似乎是瞬時傳遞的,因此可以比c更快,如EPR悖論(愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬) 。一個例子涉及兩個粒子可以糾纏的量子態(tài) 。直到觀測到任何一個粒子,它們都以兩個量子態(tài)的疊加形式存在 。如果粒子被分離并且觀察到一個粒子的量子狀態(tài),則可以瞬時地確定另一個粒子的量子狀態(tài)(即,比光從一個粒子傳播到另一個粒子的速度更快) 。然而,當觀察第一個粒子時,我們不可以控制第一個粒子的量子態(tài),因此不能以這種方式來進行超光速傳輸信息 。

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