超光速后會發生什麼?研究表明:時間靜止,從一維擴展到三維

光速被認為是宇宙的極限速度,任何有質量的物體都無法達到光速。

但宇宙實在是太大了,即便我們突破了現有理論達到了光速,要去往距離我們最近的仙女座大星系,仍然需要兩百多萬年的時間。

所以我們唯一的辦法就是提升速度, 乃至超越光速。

雖然超光速聽起來像癡人說夢,但它本身卻是合乎邏輯且有可能發生的,那麼當超光速發生時,會出現什麼樣有趣的場景?

近日來自華沙大學和牛津大學的一些理論物理學家表示,我們在超光速運動時可能會發現,原本只有一個維度時間在此刻多了兩個維度,而原本三維的空間居然只剩下了一個維度,它聽起來是如此的匪夷所思,卻又實實在在的可以用現有理論解釋。

過去人們一度認為光速是無限的

因為在人類的視角里,無論距離多遠,光總是在瞬間就能到達,直到1676年,丹麥天文學家奧勞斯.羅默利用木衛一的星蝕現象定量的估計出了光速,隨著之后科技發展,測量方式不斷被改進,光速的具體數值也在不斷變得精準, 直至今天教科書上的299792458m/s,四舍五入即每秒30萬公里的速度。

光速是非常快,但宇宙這麼大,神奇的現象數不勝數,憑什麼說光速就一定是宇宙速度的上限?

這還要從光速不變原理說起,那時麥克斯韋發現了一個有點特別的光速公式,在這個公式中,右側里的兩個參數都是恒定的常數, 這意味著左邊的光速也是恒定的,和光速的光源方向和光源大小沒有任何關系,光速任何參照系中都不會發生改變。

愛因斯坦也認同這個想法,并此為基準創立了狹義相對論,從狹義相對論推導出的動能方式表明了一個情況:當一個有靜質量的物體被加速到光速時,所需的能量是無窮的,而無窮不允許在物理學中存在,因此超光速或達到光速都是不該也不可能發生的。

另一方面,愛因斯坦還發現要使光速在不同的參照系下保持不變,時間和空間就必然會發生變化,也因此打破了牛頓經典力學下的絕對時空觀,過去人們認為,三維的空間和一維的時間是互相獨立的。

但相對論表明,時空實際上是一個整體

不過需要注意的是,光速不可超越的基礎是光速恒定原理和伽利略的相對性原理。光速恒定原理上面我們已經提到過了,相對性原理則可以簡單的解釋為物理學定律在一切慣性系中都適用且平等。

這一原理通常概括于低于光速運動的觀察者身上,但它也并不排斥觀察者在物理系統中以超光速運動的情況。

因此我們就有機會設想一下,當觀察者在超光速運動的參考系中運動時會發生什麼?

科學家驚訝的發現,原本和相對論對立的量子力學,在這時似乎有機會融合在一起了。

起初科學家設想了觀察者在只有一個時間維度和一個空間維度版的時空中可能會遇到的情況,后來又拓展到了觀察者在四維空間中的情景,研究人員認為,當觀察者處于超光速運動時, 原本擁有三個維度的空間將只剩下一個沿著粒子運動方向展開的維度。

而四維時空中的其他三個維度,全都讓位給了時間,因為在超光速旅行者的眼中,粒子將會在三個不同的時間維度上獨立演化,同時在處于常態化的我們眼中,粒子看起來就像在空間上的所有方向作同步運動。

這樣的情景聽起來過于奇特,我們需要知道在超光速旅行者的眼中到底發生了什麼。為了更便于理解,研究人員對狹義相對論做了些許擴展, 重新定義了速度和運動的概念,不過總的來說也沒有過于激進,因為光速恒定的假設也被保留了下來。

這時再結合量子力學的疊加態原理,我們就能理解為在超光速旅行者的眼中,世界不再只展示一種可能,而是把幾個可能發生的事件同時展現了出來,即粒子在同時沿著多條軌跡運動,而不是單一確定的一條。

此時的粒子只有用「場」才能對實體世界進行量化的描述,不再是我們認知中的點狀。如果想再往下推導具體過程就變得困難了起來, 因為這里幾乎已經到了量子理論的底層假設,我們無法再對它更加深入的了解了。

新的研究成果表明,這種通過擴展的狹義相對論推導出的量子論解釋力與量子場論的假設相符,且在由一維空間和三維時間組成的時空中也同樣適用,假如它是正確的, 或許有機會觀察到對于我們而言超光速運動的粒子。


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