1、“超光速”会颠覆相对论吗?
在经典物理中,判断任何物体的运动状态,都需要选定一个参照物。对于同样的运动物体,假如选取的参照物不同,得到的结果就不一样。
按照这个思路,我们可以推测光速并没有绝对值。假如一束光向你照过来,初始速度为C,当你以速度V向着光源的方向运动时,那么以你为参照物,光速就会变成C+V;而当你朝背着光源的方向运动时,你眼中的光速就应该是C-V。如果情况是这样的话,那么就不存在“超光速”的问题了。
然而1886年,美国物理学家阿尔伯特·麦克尔逊和爱德华·莫雷进行了物理学史上赫赫有名的“MM实验”,有了一个惊人的发现:在地球朝着不同方向运动时,检测到的光速竟然没有丝毫变化。这意味着,经典物理学的推测完全错误,不管你是在朝着光源运动,还是在向垂直于光源的方向运动,或者在背着光源运动,你看到的光速丝毫不会发生变化,都保持着恒定的速度C。
后来爱因斯坦用“狭义相对论”解释了这一现象。爱因斯坦说,高速运动物体的时间流速会变慢,自身的长度会缩小,正是因为时间和空间存在这样的弹性,才导致不管你在哪里、从哪个方向见到的光,它在真空中的传播速度都是大约每秒30万公里,从来不会发生变化。
但相对论有这样一个前提:真空中的光速C是一个绝对量,是一切物体运动速度的极限,也是一切实在的物理作用传递速度的极限。爱因斯坦说,世界上不存在“超光速”的运动物体和信息传输,这是相对论的基石。然而“超光速” 真的不存在吗?
相对论的这个前提,现在已经被量子论中的“EPR实验”推翻了。“EPR实验”是1935年爱因斯坦与两位同事发表的一个旨在推翻量子论“哥本哈根解释”的思维实验。爱因斯坦指出,假如哥本哈根解释是对的,那么分裂的两个小粒子之间即使相隔几十亿光年,也必定会存在某种即时联动,但相对论规定了任何信息的传输都不可能超过光速,宇宙中不存在超距作用的因果关系,所以小粒子之间超越光速的即时联动是根本不可能的,哥本哈根解释肯定有问题。1982年,法国物理学家阿莱恩·阿斯派克特带领一个小组
2、“暗能量”存在吗?
按照现有的科学理论,宇宙的构成可以分为三个部分:空间、物质和能量,爱因斯坦的引力理论——广义相对论,把这三者紧密联系在了一起。引力是卫星、行星、恒星运动的主要原因,一个物体施加给其它物体的引力大小,只取决于它们的质量和距离,因而只要观察物体在空间的运动,就可以计算出引发这一运动的质量大小。
比如在太阳系中,太阳质量所产生的引力,拖拽着各大行星绕着它转动。离太阳越近的行星受到的引力越大,保持轨道所需要的运动速度就越快。根据引力方程,只要知道了行星围绕太阳旋转的速度,以及它们之间的距离,就可以计算出太阳的质量;或者也可以根据后两者的数据,反过来计算行星的轨道。
广义相对论在计算太阳系各星体的质量和它们的轨道方面取得了成功。从理论上说,广义相对论的运用应该不仅仅适用于太阳系,同样可以扩大到星系层面,能用来解释星系质量与星系内恒星的运动速度之间的关系。因为一个星系中的大部分恒星都处在星系盘上,在不断地围绕着星系中心运动,这和行星在围绕着太阳转动没有什么两样。
然而问题出现了。在所有的观测中都发现了同样的情况,那就是星系的质量与星系内恒星的运动速度不匹配,根据引力方程计算的结果,星系必须拥有比现在大得多的质量,才有可能将这些恒星保持在它们现有的轨道上。这些质量到哪里去了呢?科学家们猜测,星系中应该存在着一类我们看不见的物质,那就是“暗物质”。
这些暗物质自身不发射电磁辐射,也不与电磁波产生相互作用,这样我们就无法感知到它,只能通过引力产生的效应猜测它可能存在。
“暗能量”的发现照样跟引力有关。人们想,从引力的角度来看,既然宇宙中的每一个部分都被其它部分吸引着,那么它应该能够遏制宇宙的扩张。然而我们观测到的事实却是,宇宙正在加速膨胀。这一事实暗示着,必定存在一种东西,在推动着宇宙的膨胀,它是不同于已知的物质、能量和暗物质的东西,人们把它称为“暗能量”。对于暗物质是否真的存在,人们其实没有绝对的把握。因为还存在另外一种可能。
3、时光能倒流吗?在2000多年前,孔老夫子在岸边看到河水没 日没夜流个不停,感慨时光如流水,奔腾 不息,一去不返,《论语》中留下了这样 的记载:“子在川上日:‘逝者如斯夫!不舍 昼夜’。” 最陌生的是最近的你。有时候你最熟悉的 人在关键时候做出的事情,会让你感觉到 根本就不认识他。在日常生活中一些你十 分熟悉的概念也是如此,比如“时间”。 “时间”是什么?这个概念似乎每个人都清 楚得很,但实际上却未必如此。 很久以前古人就已经意识到,有些事物的 存在很短暂,如天上的白云苍狗,有些事 物的存在长得不可思议,比如天上的那轮 明月,从古到今都是同一个模样。也许就 是因为观察到了事物运动变化的长短差异 ,才让古人们产生了“时间”的概念。 古人们发现,计量时间的最好办法,是找 到一些以固定的周期循环变化的事物来做 参照。于是不管在地球上的哪一个角落, 人们都不约而同地采用了同样的解决方案 ,那就是把一个春、夏、秋、冬四季轮回 称作一年,把一个朔望月的循环称作一月 ,把一个昼夜交替称作一日,现在我们知 道那分别代表着地球绕太阳公转一周、月 亮绕地球公转一周和地球自转一周。 为了准确计量时间,古人发明了“日晷”、“ 漏壶”等计时工具。后来随着技术的进步, 出现了更精密的仪器——钟表,现在最精确 的原子钟,2000万年内误差不超过1秒, 可见人类对于时间的把握,已经达到了何 等精准的地步。 到了这一步,人们对于时间的认识似乎已 经是毫无悬念了。 然而事实果真是这样吗?不,对于时间, 人们其实还存在着一大堆的疑问。 从常识上看,事物总是有开端的,那么时 间是从什么时候开始的呢?大爆炸理论说 宇宙诞生于137亿年前,那么时间就是从“ 奇点”开始的。 但在奇点之前呢?奇点之前的时间是怎样 的?物理学家们往往以“宇宙诞生之前的时 间没有意义”的含糊其词来搪塞,其实是回 答不出来。时间起始之前还有时间吗?难 道真像那些被问到“创世之前上帝在做什么 ”的教徒们回答的那样:“那时上帝正在为 问这类问题的人准备地狱”? 在以往人们的印象中,时间是在均匀流动 着的。假如把宇宙演化比作是一场规模宏 大的电影,那么它的播放速度是恒定的, 而且停不下来。 但爱因斯坦的相对论打破了这一观念。相 对论表明,物体的运动速度越快,或者引 力场越强,它的时间流速会变慢。你能想 象吗?宇宙飞船上的时钟“滴答”一下,和地面上的时钟“滴答”一下,它的时间长度 是不同的!假如你乘坐接近光速的飞船去 茫茫宇宙中探险,10年后回到地球时,地球上有可能已经过去几千年了! 运动速度越快,时间流速就越慢,当运动 速度达到光速后,时间就完全停止了。古 往今来,不知有多少的帝王将相奢求永葆 青春,长生不老,希望时间这把杀猪刀对 他们刀下留情,看来这并非完全是不切实 际的幻想。 宇宙演化的这场电影原来不一定是匀速播放的,它可以慢播、快播,甚至还可以按 暂停。这一事实大大出乎人们原先的意料 之外,也就不由地会想到一个更深层次的 问题:它能不能倒播呢?既然能够永葆青 春,那可不可以返老还童呢? 时间的控制按键掌握在谁手里?时光能够 倒流吗? 现代科学无法回答。
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