光速是无法超越的。为什么宇宙的膨胀和量子纠缠比光速还要快?有矛盾吗?

2021-03-23 20:02:10   来源:网络

      

光速是每秒299792.458公里,代表宇宙中最快的速度,是无法克服的。光速不能超过爱因斯坦的狭义相对论。狭义相对论认为,任何没有静态质量的物体都以光速运动,而光子没有静止质量,所以它以光速运动。

对于一个静态质量的物体,不管它的质量有多大,它只能无限接近光速,而不可能达到光速。为什么呢?根据质量能量方程,随着质量物体运动速度的增加,惯性质量也随之增加,惯性质量等于重力质量,物体移动得越快,质量越大,所需要的能量也就越大。

宇宙膨胀

理论上,当一个物体的速度接近光速时,它的质量就会接近无穷大,为了继续加速,所需的能量是无穷大,不可能有无限的能量把物体推到光速,所以没有任何质量物体能达到光速。

具有质量的物体不能达到光速,而静止质量为零的物体不能超过光速。即使我们以1/2的光速在物体上点燃一盏灯,这盏灯发出的光也是相对于静止的我们的光速,而不是光速的1.5倍,因为光速代表宇宙中最快的速度,它相对于任何参考系统都是恒定的。造成这种反常识现象的原因是时钟的慢效应减缓了时间在移动物体上的传递。所以宇宙中真的没有任何东西能超过光速?宇宙边缘的膨胀速度似乎并不比光快得多。

宇宙自诞生以来一直在膨胀,它离我们越远,它的空间扩展得越快。

通过测量其他星系与我们之间的距离,可以清楚地感受到这一点,比室女座每秒超过1000公里,在3亿光年之外的星系,每秒超过6000公里,甚至是距离我们最远的星系光速的三倍,而宇宙边缘的空间扩张得更快。

这是否与狭义相对论所说的最快光速相矛盾?事实上,这并不矛盾,因为最快的光速是指宇宙系统中物体的速度,而时空的膨胀和物体的运动是两个完全不同的概念。

物体的运动是指物体相对于时间和空间的位置变化,而时空本身是一个固定的参考系统。

表面上看,遥远的星系以每秒数千公里的速度与我们相隔数千公里,但实际上它们并没有移动,但它们所处的空间已经扩大了。换句话说,一个以高速离开我们的星系,相对于它周围的时间和空间来说,实际上是静止的,是时间和空间本身的膨胀导致了它和我们彼此之间的隔阂。

正是因为宇宙边缘的膨胀比光快得多,我们可以看到一个星系是光从这个星系向地球移动的结果,所以观测到的宇宙的范围是有限的,因为由于时间和空间的膨胀以及以光速远离我们的距离,它们的光永远无法传递给我们,所以我们永远看不到它们,有时它使我们感到无助。

量子纠缠

另一个似乎超越光速的现象是量子纠缠,重要的是要明确光速不能超过光速,即信息的传输速度不能超过光速,量子纠缠确实可以产生超过光速的反应,但不能用量子纠缠来传递信息,所以它并不与最快的光速相矛盾。

我们经常听到量子通信这句话很容易被误解,量子通信不是利用量子纠缠来实现超过光速的信息传输,事实上,它是不可能实现的。量子通信的本质是对信息进行加密,而不是利用量子纠缠来实现通信,在实际应用过程中,利用量子纠缠现象进行量子密钥分发就是一个典型的例子,简而言之,让通信双方同时拥有一个随机的安全密钥,这可以大大提高通信的安全性。

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