爱读书 探索 如果光速变慢,会发生什么?

如果光速变慢,会发生什么?

爱因斯坦在他20岁时就提出了具有开拓性的相对论,这一理论计算出了光的速度,并将其源自于的那一点定义为代表着“constant(常量)”的C。光速,186000英里每秒,是现代物理学亘古不变的奠基石。然而现在有些科学家却在质疑爱因斯坦可能认知有误,或者至少没有那么可靠。光可能根本就不是个常量,可能曾经更快一点,而我们可能人为地认为现在更慢了。

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如果让光穿过特定透明物,已经被证实,可以将光从魔法般的每秒186000英里显著降速,然而这仍只适用于光穿过某一真空。事实上,当光穿过钻石时,光速便被打了对折,此时光速只有77000英里每秒。但假如宇宙常量C真的降速了,不是在穿过其他物体或是在真空的状态下,那对于人们来说,又意味着什么呢,如果真这样的话?

如果真这样的话,除了在自然状态下光穿过自然体(像是钻石和水)自然地减慢速度,其实有些方法可以人为地使它变慢。一个在哈佛大学研究的物理学家,甚至已经成功找到了阻止了光在光轨上消失的方法,而这一方法基本证实可行。

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他创造了以“玻色-爱因斯坦”闻名业界的一团由被冷却到绝对零度的原子组成的气体。而这种凝聚态气体是由Na(钠)元素组成的,在烤箱中蒸发后原子即被释放,再用激光束炸开迫使原子减速并阻止其振动。而此时,冷凝物便成了地球上最冰冷的物质。当一束光穿过钠冷凝物时,光的速度下降到每小时15英里。这意味着即使是最年代感十足的破旧汽车也有可能赛过光速。从理论上讲,其实其他实验也同样成功地靠改变单个光子的原子结构这一方法来降低它们的速度。在格拉斯哥大学(University of Glasgow),一对在自由空间中的光子被送往一个探测器——其中一个结构暂时地被改变了,而另一个却没有。

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研究者发现,变动后的光子略微较晚抵达探测器。这意味着光子的结构和其速度间存在某种固有关系,否则两个光子会同时抵达探测器。虽然只验证了一个光子,光速可降低性的发现仍是物理学的一个重大里程碑。不过,还没有人能够在试验中降低全宇宙的光速,未来科技也几乎不可能达到这一点。在宏大的宇宙万物中,光速其实也没那么快。18.6万英里每秒的速度在直径930亿光年(1光年是5.88万亿英里)的宇宙中确实不快。打个比方,如果宇宙和地球一样大,用光速在街上散个步就需要10万年。

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事实是,宇宙太大了,光如果是以这个速度传播则很难抵达宇宙所有的角落。这被称作为“地平线问题”,从爱因斯坦测量得出光速以来,一直是物理学界中的一个巨大疑问。关键是,当我们观测宇宙边界时,各个方向最远点的辐射是“均匀”的、是完全相同的宇宙微波背景辐射。我们能够测量的最远点全部距离我们138亿光年。统一的-270摄氏度,意味着光需要在同一时刻抵达所有的这些点。这对于秒速18.6万英里的光来说根本不可能。

地平线问题始终困扰着科学家们,直到膨胀理论获得应用。膨胀理论认为在宇宙在创生时期经历了一个高速生长阶段,这就解释了宇宙辐射背景的均匀性。另一些科学家则构思了一幅与被广泛接受的膨胀理论相异的图景:变光速理论。物理学家Joāo Magueijo和Niayesh Afshordz在几十年间持续研究了光速可变的理论,终于在2016年的一篇文章中发表了他们的发现。这些发现意味着,在大爆炸后至今的140亿年间,光的速度持续降低。曾经,光实际上可以传播得“无限”快。

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事实上,如果光并不是恒定的,那么我们对于物理学的全部理解就会土崩瓦解——这说明光速仍在减慢,尽管由于速度太慢了人类无法感知到这种减速。但是,这种光的减速对于我们而言到底意味着多大的威胁呢?

这么说吧,光速的减慢并不一定能让我们轻松地“跳到扭曲速度”或者穿越时间,因为尽管和宇宙其他成员的速度相比光速已经算是慢速,但我们离接近光速仍然有很长的路要走。要是光速能变得足够慢,慢到我们能够达的到的速度的话,理论上我们的确可以实现向后逆穿时间。

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可即便如此,穿越宇宙的难度也并不会因此降低哪怕一星半点。因为光速减慢并不会拉近行星和星系之间的物理距离。举例来说吧,如果光速降到只有每小时100英里,那么比光速快意味着只需要达到每小时101英里这个大多数汽车很容易实现的速度即可。但是,要穿越恒星,即便打破了光速的阻碍创造了一个“光子繁荣”,你还是只能以每小时101英里的单调速度行进,而这速度完全不能和到达火星或者更远地方的迅捷方式划等号。

不仅如此,对宇宙的观测也会变得更加困难重重。因为即便在现有的条件下,我们在天空中所观测到的一切就已经因光速而有所延迟,如果光速再减慢下去,我们对遥远地方进行研究时所能观测到的就会更少,而这样一天天下去我们对宇宙的认知也只会越来越少。

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此外,还有一层更严重的影响,在于光和温度是直接相关的。如果光速随着通用温度的升高而增加,一如阿弗肖迪和马古悠提出的那样,那么这也意味着只有当光速降低通用温度也随之降低时这个理论才成立。而这会带来灾难性的后果:比如,地球的平均气温在上一个冰河世纪只比现在低4摄氏度,而全球气温仅需上升2摄氏度气候变化带来的影响就会变得不可逆转。

实际上我们前行得相当平稳。所以如果光速减慢,太阳的温度可能会随之降低,银河系的宜居带也会离得太阳更近些。因而水星可能会成为新的宜居星球,而地球将变成一片冰冻荒野。事实上如果光速显著降低,我们很可能都会被冻死,也就没办法亲眼目睹我们周边世界更多的变化。是不是很可怕?如果科学家们对于光速变化的见解如同对通货膨胀那般正确的话,那上述的结局恐怕是人类难以避免的——但这样的结局至少在几百万年内不会发生。然而,理论终归还只是一个理论,不管是通货膨胀还是宇宙大爆炸、爱因斯坦的相对论,都只是学术上的假设。

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这些理论之所以被广泛接受正是因为它们是有意义的,不过我们现阶段还没有能够明确证实它们的方法。爱因斯坦声明光速是常数c、根本不会减慢,我们不能说他的论断是错误的,毕竟都是有可能的。但不等到我们的星球变成“雪球”,我们永远不会知道光速c到底有多可靠。你是怎么想的呢?我们有遗漏的内容吗?快快评论起来让我们知道你们的想法吧!更多剪辑可以从Unveiled中获取。订阅我们,获取最新资讯!

相关知识:

大爆炸理论是解释从已知最早的时期到可观测宇宙存在的大规模演化进程的一种被广泛接受的宇宙学模型。模型描述了宇宙如何从高温、高密度的初始状态膨胀,并给出了对诸如轻元素的丰度、宇宙微波背景(CMB)辐射以及大尺度结构等观测现象的全面解释。

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关键是该理论与哈勃-勒梅特定律是相符的——星系离地球越远,它远离地球的速度越快。该理论使用已知的物理定律在时间上向后推断宇宙膨胀,描述了一个逐渐聚集的宇宙,最终出现一个使时间和空间都失去意义的奇点(通常被称为“大爆炸奇点”)。通过对宇宙膨胀速率的精准测量我们得知,大爆炸奇点大约发生在138亿年前,这也就被认为是宇宙的年龄。

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最初的宇宙膨胀“大爆炸”结束后,宇宙充分冷却,使得亚原子粒子得以形成,随后原子形成。主要由氢气,以及一小部分氦和锂这些基本元素组成的巨大云层在重力的作用下凝聚起来,形成了早期的恒星和星系,它们逐渐演化成我们今天可以见到的样子。除了这些基本的物质,天文学家们还观察了在星系周围未知暗物质的引力效应。宇宙中大部分引力势似乎都是以这种形式存在的,并且大爆炸理论和大量的观测都表明这种超额的引力势并不是由正常原子等重物质产生的。对超新星红移的观测表明由于暗能量的存在,宇宙的膨胀正在加速。

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