汽车跑得快,飞机比汽车快,火箭更比飞机快,不论怎么快,都比不上光的速度快。光的速度是每秒钟30万千米,从月亮上反射来的光,只需要1秒多钟就能到达地球。
30万千米,只是一个近似数,精确的数据为每秒299792.458千米,而且,这是在真空中的传播速度。
光速还有一个特别的性质,叫作光速不变。这一点,与我们在学校学的经典物理学不同,物理老师教给我们的速度是相对速度。一辆红色卧车和一辆白色卧车同时同向同速在高速公路上行驶,站在公路边的人看到两部车的速度都非常快,并排飞速行驶。而坐在红车里的人看到的白车,却好像静止不动;如果红车忽然加速,红车上的人看到白车在倒退。同一件事,不同的人,看到的速度却不相同。
爱因斯坦的相对论告诉我们,不论光是从静止的灯塔里发出来,还是从高速运动的火箭中发出来,速度都是每秒30万千米。无论你站在地面静止测量,还是在宇宙飞船中测量,光速也是每秒30万千米。光速不受光源运动速度的影响,也不受观测者运动速度的影响。
光速不变原理不仅是理论,而且被实验所证实,成为相对论的一个主要支柱。相对论还告诉我们:光速是最大的速度,任何物质的运动速度都不能超过光速。
光速是极限,不存在比光速更快的速度。爱因斯坦列出一个公式,说明物体的质量会随着运动的速度而增加。在日常生活中,因为运动的速度太小,质量增加也非常小,这是可以忽略不计的。发射通向火星的探测器,速度可算是快了,达到每秒11千米,100千克质量的物体也只增重0.35毫克。
可是,爱因斯坦的公式说,当物体的速度接近光速的时候,物体的质量就会增加到无限大。质量无限大,就是说要多重就有多重。要使质量无限大的物体增大速度,就必须用无限大的力。上哪儿去找这个无限大的力呢?
宇宙中没有一个力是无限大的,也就无法使质量无限大的物体增大速度,怎么还可能超光速呢?绕了一个弯,最后回到了主题:一切物体的运动速度都达不到光速,更不能超过光速。
如果有一种物体的运动速度超过了光速,相对论就不对了,就有必要加以修正,也可能被推翻。
在日常生活中,人们找不到超光速的现象。那么,在茫茫的宇宙深处,在细微的基本粒子中间,会不会有超光速现象呢?
高能粒子运动的速度是非常快的,在加速器中,运动速度可以达到每秒20万、25万千米。那么,其中会不会有超光速的粒子呢?
1934年,苏联科学家切伦科夫发现一个现象:光在水中传播,速度要比真空中慢,可是高能粒子在水中的速度,就会超过光的速度。这时,粒子就会拖着一条发光的尾巴,一条淡蓝色的尾巴。切伦科夫观察到了这种现象,并且被其他科学家证实,由此也产生了用来观测粒子速度的仪器。
这一现象,使人们打开了眼界,认为自然界存在着超光速的粒子,就把它叫作“快子”。有的科学家认为,自然界的粒子分为三类:慢子、光子和快子。
慢子的速度超不过光速,光本身就是光子,速度是每秒30万千米,快子的速度超过光速。以光速为界线,存在两个宇宙,一个是“慢宇宙”,一个是“快宇宙”。在慢宇宙中,粒子超不过光速,而在快宇宙中,粒子的运动都是超光速的。
那么,自然界是不是存在着快子,又如何去观测快子,就成为了一个谜。
谜底暂时还不知道,如果存在快子,就应该与切伦科夫的观测相吻合。
说过微小的基本粒子,再来看遥远的星空。在银河系以外,科学家发现了一种天体,用射电望远镜接收到了它们发出的无线电波,制成相片,看上去有点像恒星。既然类似恒星,那就叫作“类星体”。
对类星体进行观测,科学家发现,类星体存在着超光速现象,先是发现一个叫3C120的类星体在膨胀,膨胀的速度达到光速的4倍。遥远的天边,竟有这么奇异的现象。
后来发现,有的类星体包括两个射电的子源,两个子源以很高的速度分离。类星体3C345分离的速度是光速的7倍。这是通过长达7年的观测,才确定的分离速度。另一个类星体,两个子源的分离速度竟是光速的10倍。
面对观测结果,科学家的认识发生了分歧,产生了种种看法。
有的人相信相对论,就说这种现象虽然存在,但是并不反映真实运动,而是一种假象,应该称作视超光速膨胀。也就是说,只是看起来是超光速了,实际却不是。
有人说,问题出在类星体离地球多远。如果像原来估计的那样,类星体离地球很远很远,那么,类星体的分离速度的确是超光速了。可是,如果距离地球不是那么远,比原先的估计要小得多,那就不存在超光速,超光速的现象根本不会发生。
可是,有许多证据说明,类星体的距离确实处在原先估计的距离上,肯定存在超光速现象。
目前,已有好几种理论来解释超光速现象(或是视超光速现象),都不是令人满意的说法。超光速之谜还没有谜底呢!
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