至于那些论证过程和公式这里就不一一照搬了,有兴趣的朋友可以翻看相对论或者搜一搜资料,到处都有。
这就是有静止质量物体无法达到光速的依据。那么为什么这个世界上又有或者可能有超光速的现象呢?这与光速藩篱矛盾吗?
我们就来分析一下这些沸沸扬扬的超光速现象。归纳一下,主要有宇宙膨胀、量子纠缠、虫洞穿越、曲速航行。前两个现象是已经被观测证实或者还在进一步论证中的现象,后两个虽然有理论但尚无任何观测实验证据,还处于科幻以及理论探讨阶段。
我们一个一个来探讨。
首先说说宇宙膨胀。这个现象已经是被观测所证实的,目前宇宙膨胀的整体速度远远大于光速。请注意,这里所说的超光速膨胀是在宇宙大尺度下的整体膨胀速度,而且是时空本身的膨胀,不是每一个星系相互离开的速度,也不是星系物质的运行速度。
我们人类、地球、太阳、银河系等这些宇宙万物,都是镶嵌在宇宙时空中的事物,时空膨胀扩大了,这些事物相互的距离拉开了,但这些事物(物质)本身并非靠自己的动能移动,所以宇宙膨胀当然不受相对论光速藩篱的限制。
就像我们在一栋大房子里,房子本身就是时空(请想象这个时空没有墙体屋顶等实际物质),这个房子自己长大了,就像你手机中的一幅画,你用手指触摸把它扩大了,里面的人和物距离也分开了,这些人是以光速移动了吗?没有,这些事物依然按照自己的活动方式在活动,与房屋本身扩张无关。
其实宇宙膨胀在小尺度下,速度并不快。宇宙膨胀整体速度计算依据是哈伯常数。哈伯常数是通过观测计算出来的不同距离星系离开我们的速度。我们宇宙的膨胀是均匀的、各向同性、与距离成正比,因此监测了几个点,就知道整个宇宙整体膨胀的状态。
这个意思就是说宇宙膨胀大尺度上是均匀扩张的,就像一个气球越吹越大,上面的花纹点点相互均匀分开,从任何一个点观察(地球上下左右观测),各个方向都是以同样速度远离我们而去,而且是越近越慢,越远越快。
事实上,距离相近的星系不但看不出宇宙膨胀速度,由于主要受到引力相互作用影响,大多数星系还是在相互靠近合并中。比如距离我们250万光年之远的仙女座星系,就在以时速百万公里的速度向我们靠近,在30~40亿年后,银河系将和仙女座星系碰撞合并成一个椭圆星系。
但整体上宇宙是在膨胀的,这个从哈勃红移和哈伯常数可以得出。根据2013年欧州航天局通过普朗克卫星测量计算,得出的哈伯常数为67.80±0.77(km/s)/Mpc。Mpc是百万秒差距单位,一个秒差距约3.26光年,这个意思就是在距我们326万光年的地方,星系离开我们的速度为67.8公里每秒,正负误差为0.77公里。
根据各项同性、均匀膨胀、膨胀速度与距离成正比的规律计算,我们可观测宇宙半径为465亿光年,是326万光年的14263.8倍,距离我们最远的那个地方的远行速度就达到了96.7万公里/秒,因此得出宇宙整体空间膨胀叠加速度超过了光速的3.22倍。
近年来测得的哈勃常数超过了70公里/Mpc,膨胀叠加速度就更快了。
我们再反算距离很近的宇宙膨胀速度,根据距离我们越近速度平均递减的规律,在距我们1光年的地方,宇宙膨胀的速度就只有每秒2.08厘米。
前面已经说了,在宇宙近距离尺度,天体运行主要受万有引力约束,所以相互之间靠近还是远离,主要是周边天体引力场的影响。因此在近距离小尺度短时间宇宙空间膨胀没有意义。
宇宙膨胀不受不光速藩篱限制就说到这里,下面我们来说说量子纠缠。