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宇宙中光速是最快的?科学家:在这几个速度面前显得很慢

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根据科学家的研究我们能够知道,宇宙中最快的飞行速度就是光速,光速大约是每秒30万公里,光速一秒钟能够绕地球7圈半,地球和月球的平均距离大约是38万公里,光从月球传播到地球大约需要1.28秒,比人类感知的瞬间还要快,光从太阳传播到地球需要大约8分20秒,人类目前最快的航天器,从地球前往太阳需要6个月的时间,根据爱因斯坦的理论,任何有质量的物质它的飞行速度都不可能达到光速,只能够无限接近光速,对于人类来说,光速非常快,但是在浩瀚的宇宙中,还有比光速更快的飞行速度,光速和它们相比,显得非常慢,下面我们就一起来看看这些超光速的运动有哪些。


第一个超光速现象——宇宙膨胀的速度

现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,当时有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙快速的向四周膨胀,经过漫长的时间,宇宙才膨胀成我们现在所看到的样子,根据哈勃定律,星系的退行速度和距离成正比,当前哈勃常数约为67.8 km/s/Mpc,这意味着每增加326万光年的距离,退行速度就增加67.8公里/秒。计算可得,当两个星系之间的距离超过约140亿光年时,它们因空间膨胀而相互远离的速度就会超过光速。目前可观测宇宙的半径大约是465亿光年,这意味着这一边界处的星系,其退行速度已经达到了光速的3倍以上。


科学家认为,宇宙膨胀的速度之所以能够有这么快,核心驱动力可能是暗能量,观测表明,暗能量约占宇宙总能量密度的68%,它具有负压强,导致宇宙膨胀自约50亿年前开始加速。这一结论得到了Ia型超新星观测、宇宙微波背景辐射(CMB)和大尺度结构等多重证据的支持。主流的Λ-CDM模型将暗能量视为爱因斯坦引入的宇宙学常数(Λ),该模型与现有观测数据高度吻合。更早时期,宇宙还经历过一次极端的“暴涨阶段”——在大爆炸后约10⁻³⁶至10⁻³²秒内,宇宙空间在极短时间内膨胀了至少10²⁶倍,其膨胀速度远超光速。暴涨理论成功解释了宇宙的均匀性、平坦性和结构起源等问题,是现代宇宙学的基石之一。


总体来说,宇宙膨胀的速度之所以能够超越光速,是因为它是空间自身的扩张,而非物质的运动,其速度随着距离累积增加,在大约140亿光年外即可超越光速,在可观测宇宙边缘已经达到了数倍光速,这一现象由暗能量驱动,并且在早期宇宙的暴涨阶段达到了极限。

第二个超光速现象——曲速引擎技术

曲速引擎的核心原理是让飞船所在的空间本身发生扭曲,而非让飞船在传统空间中加速到光速以上,根据爱因斯坦的广义相对论,空间和时间可被质量和能量扭曲,曲速引擎通过在飞船周围制造空间扭曲泡,让飞船乘着空间的波浪前进,简单来说,它会在飞船前往压缩空间,同时在后方拉伸空间,就像是一块地毯的前端拉向自己,后端向前推,站在地摊上的物体不用动,就能够随着地毯一起向前移动,从狭义相对论来看,有质量的物体加速到光速需要无穷大的能量,所以传统方式无法超越光速,但是曲速引擎并不违反这个原理,因为飞船本身始终处于曲速泡内的平坦空间中,其相对于周围的时空速度并未超越光速,没有违反相对论。


根据物理学家米格尔·阿尔库比雷1994年提出的“阿尔库比雷度规”,曲速引擎的“曲速层级”与速度正相关。通常认为曲速1级为光速,曲速9.9级约为光速的3052倍,而更高层级的曲速,如科幻作品中的曲速10级,理论上可达到光速的20万倍以上。若以20万倍光速飞行,人类跨越直径10万光年的银河系仅需0.5年,到达距离地球1300光年的开普勒 - 452b仅需4.6小时,不过,这些速度目前更多是基于理论模型和科幻设定,现实中曲速引擎技术面临诸多挑战。制造曲速泡需要大量“奇异物质”,这种物质具有“负质量”,能产生排斥性引力以拉伸后方时空、压缩前方时空。但早期计算显示,制造一个足以容纳航天器的曲速泡,需要消耗相当于整个木星质量的奇异物质,这几乎不可能实现。


第三个超光速现象——量子纠缠

量子纠缠是量子力学中一个非常奇特而核心的现象,当两个或者多个粒子在相互作用后,它们的物理特性会形成一种整体关联,无法单独描述每个粒子的状态,只能够描述整个系统的联合状态,这意味着即使将这些粒子分隔非常遥远的距离,对其中一个粒子的测量会瞬间影响另一个粒子的状态,仿佛它们之间存在一种超距联系,这种现象最早由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在1935年的时候提出,爱因斯坦将其称为是鬼魅般的超距作用,量子纠缠的速度到底有多快?这是很多人都关心的问题,从实验观测来看,量子纠缠的关联效应确实表现出极快的响应速度,有研究显示,有研究显示,在两个纠缠粒子分别被测量的时间间隔短于光信号在它们之间传播所需时间的情况下。


关联依然成立,这表明纠缠作用的速度至少比光速快上万倍,甚至在现有理论中被视为瞬时发生。但这并不意味着信息以超光速传递。简单来说就是,如果你将两个配对好的粒子,其中一个粒子放在宇宙的最南边,另一个粒子放在宇宙中的最北边,那么只要我们影响其中一个粒子,那么另一个粒子也会受到影响,这个影响的速度是瞬间完成的,量子纠缠是一种超越经典直觉的非定域关联现象,其作用在实验上表现出远超光速的响应特性,甚至接近“瞬时”,但它不传递信息,因此不违背相对论。它不是“速度”的胜利,而是量子世界整体性与关联性的体现。


第四个超光速现象——虫洞穿梭

虫洞又称爱因斯坦-罗森桥,是宇宙中连接两个不同时空的狭窄隧道,虫洞是在广义相对论中容许存在的一种特殊结构,它可以把时空中的两个点直接连接起来,不管这两点在空间距离上或时间间隔上相距多远。简单地说,“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。利用虫洞的特性,我们就有可能在较短的时间内完成远距离的空间旅行,或者进行时间旅行。虫洞也有可能是连接黑洞和白洞的时空隧道,所以也叫灰道。1916年奥地利物理学家路德维希 · 弗拉姆在研究卡尔 · 史瓦西对爱因斯坦场方程的解时提出了“描述两个不同的时空区域由一个时空管道连接”; 1935年爱因斯坦及纳森·罗森利用广义相对论进一步探索了弗拉姆的理论,他们一起提出了连接两个不同时空点的桥梁的概念—爱因斯坦-罗森桥;1957年,物理学家惠勒首次采用“虫洞”称呼这一时空桥梁。


不少学者认为,黑洞可能是虫洞的一部分,毕竟黑洞能够不断的吞噬物质,这些被吞噬的物质到底去了哪里?有一些科学家认为,被黑洞吞噬的物质可能去了另一个时空,在黑洞的另一边可能存在一个更加神秘的天体白洞,白洞是广义相对论方程推导得出的一种理论天体,与黑洞的“吞噬一切”相反,它被定义为“只向外喷射物质和能量,不吸收任何外部物质”的特殊天体,目前尚未有确凿的观测证据证明其存在。白洞会持续向外喷射高能粒子、辐射和气体流,这些物质源自白洞内部,而非外部吸入。与黑洞的“事件视界”(任何物质进入后都无法逃逸)相对,白洞的“事件视界”是“单向屏障”——内部物质能穿出视界向外扩散,但外部物质和辐射无论如何都无法进入视界内部。


白洞具有极强的引力场,能像黑洞一样扭曲周围时空,但其引力作用仅体现为“束缚内部物质”,而非“捕获外部物质”。同时,物质从白洞视界内向外喷发时,会因引力势能的剧烈转化,释放出远超普通天体的能量,可能表现为宇宙中极端明亮的辐射源,从理论模型看,白洞可视为黑洞的“时间反演”——黑洞是物质坍缩到奇点的最终状态,而白洞则是物质从奇点向外膨胀的初始状态。有假说认为,黑洞坍缩到极致后可能通过“虫洞”与白洞连接,形成“黑洞-虫洞-白洞”的时空通道,黑洞吸入的物质最终会通过白洞喷发出来,但这一猜想目前缺乏物理理论支撑。如果说虫洞真的存在宇宙中,那么穿越虫洞,就能够快速到达另一个区域。


不过目前来说,虫洞还处于理论当中,而黑洞也不一定就是虫洞的一部分,还有一些科学家认为,虫洞可能是连接两个不同宇宙的通道,在我们的宇宙之外还存在很多其它的平行宇宙,根据宇宙大爆炸后的“暴胀理论”,宇宙在极早期曾经历过超高速膨胀。该模型推测,暴胀过程可能并非均匀覆盖整个时空,而是在不同区域形成一个个“暴胀泡泡”——每个泡泡就是一个独立的宇宙,拥有自己的物理常数、粒子种类甚至时空维度,我们的宇宙只是其中一个“泡泡”,周围还存在无数其他“泡泡宇宙”。但由于不同平行宇宙之间可能不存在物质或能量交换,人类目前无法通过观测直接验证其存在,相关研究仍停留在理论推导和数学模型层面。

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