為什麼宇宙的極限速度為299792458米

2022-08-12 11:40:29 字數 5069 閱讀 4354

1樓:李論科學

我們都知道宇宙的極限速度為299792458米/秒,這個速度是宇宙中任何形式的能量所能達到的絕對最高速度。引力波以這種速度運動,光在真空中以這種速度運動,理論上膠子也以這種速度運動!簡而言之,物理學家把這個速度稱為宇宙極限速度c,我們需要理解的是,這個速度並不是光的專利,無質量粒子都可以達到這個速度!

但是無論我們如何努力,永遠不會達到光速。原因很簡單,因為我們有質量。但我們必須理解的是,對於一個有質量的物體,我們可以對它進行無限加速,物理公式並沒有說不讓我們達到光速,只要我們擁有無限的能量,我們人類目前確實無法創造出這麼巨大的能量,但是人類不行,宇宙可以啊,把一個質量粒子加速到超光速的能量對超新星、類星體、黑洞來說小意思,但是我們為什麼沒有發現超光速質量粒子呢?

即使擁有巨大的能量,為什麼質量粒子的速度還被限制299792458米/秒之下?我們宇宙的極限速度為何是299792458米/秒?

人類的速度極限

但這並不意味著我們人類會滿足於90%的c,或者99%,甚至99.9999%,我們一直再為額外增加速度,額外增加能量,額外增加推力而奮鬥,為越來越接近無法達到的極限c而努力。

在歐洲核子研究中心(cern)我們已經將粒子加速到非常接近c,我們還發現了希格斯玻色子。

通過將兩個質子相互撞擊,(一個質子以299792447米/秒的速度朝一個方向運動(僅比光速低了11米/秒),另一個質子以同樣的速度朝相反的方向運動)我們就能產生強大的高能粒子,其能量上限只受愛因斯坦的e=mc^2限制,基本上可以完全釋放粒子質量所攜帶的能量。在後來的大型強子對撞機中,這個速度增加到299792455米/秒,這些質子將是迄今為止地球上速度最快的質子。

但它們並不是我們創造的速度最快的粒子。

因為質子是一個相對較重的粒子,比圍繞它旋轉的電子重了1836倍!要使電子達到同樣的速度只需要加速質子能量的1 / 1836(或0.054%)。

這意味著大型正負電子對撞機lep(大型強子對撞機lhc的前身)能夠將電子加速到極高的速度。

那麼速度是多少?299792457.9964米/秒,或者說是驚人的99.99999988%c,僅僅比真空中的光慢3.6毫米/秒!

但這些數字只是在我們地球上創造的,我們用超導電磁加速器加速粒子,我們的能量**於微不足道的化學能源。與來自宇宙的能量相比,我們人類創造的能量簡直太小兒科了。

高能宇宙射線所攜帶的能量

在宇宙中充滿了坍縮的恆星、超新星和超大質量黑洞,包括上圖中活躍星系中心的黑洞,那裡的磁場是我們在地球上創造的磁場強度的數十億倍。宇宙射線主要由高能量質子組成,從各個方向穿過宇宙空間,我們對撞機中加速的粒子所攜帶的能量與之相比根本不在一個數量級上。

宇宙的高能粒子產生時,最高的能量不再是用gev(10^9 ev), tev(10^12 ev)甚至是pev( 10^15 ev)來衡量。這些宇宙射線中的能量可以一路飆升到10^19 ev以上!

這麼高的能量,這時你可能會認為,這些質量粒子會不會被加速到光速或者超過光速呢?

理論上是可以的,上文說過加速只需要足夠的能量!但是宇宙似乎對物質攜帶的能量有限制。因為當能量在5×10^19 ev以上時,宇宙不會讓粒子保持在這個能量之上!

無論最初創造的粒子攜帶的能量有多高,這些粒子傳播時都必須穿過大**留下的微波輻射。

微波輻射平均溫度約為2.725開爾文,比絕對零度高不到3度。如果我們要計算每個光子的均方根能量,大約是0.00023電子伏,一個很小很小的數字。

正是這些微弱的微波輻射創造了宇宙的速度極限!

高能帶電粒子穿過微波輻射時有機率與光子發生相互作用,那麼就出現這種可能性:如果能量允許,根據e=mc^2,高能帶電粒子與光子作用會產生一個新的粒子!

粒子不能免費獲得能量;它必須來自創造它的系統!高能粒子在能量值10^17ev開始,就會在碰撞中產生正負電子對,但這是一個能量損失非常低效的過程,粒子可以在該能量之上傳播數億光年。

但是更高能量的粒子碰撞還會產生最輕的強相互作用粒子中性π介子,每一個π介子會損耗135mev的能量。

有一個能量閾值稱為gzk極限值,高於5×10^19 ev的高能粒子與微波發射發生作用就會發射中性π介子,直到低於這個能量閾值!(如果高能粒子有更高的能量,就會產生其他粒子,能量損失的更快!)

gzk極限是以提出者greisen、zatsepin、kuzmin三人姓氏之首字母為名的理論上限,描述源自遠處的宇宙射線應有的理論上限值。

最近幾年一些科學家認為在地球上觀測到的宇宙射線中的粒子能量超過了這個閾值,這意味著觀測到的高能粒子很可能是在我們星系中產生的,傳播距離短,能量還沒來得及損耗到極限值以下,要麼就是我們對相對論的理解有問題(幾乎不可能)。還有另外一個被大多數科學家接受的可能性,那就是我們測量這些前所未有的高能量粒子存在一些問題。

目前觀測宇宙高能粒子的兩個最先進的天文臺/實驗,皮埃爾·奧格天文臺和高解析度複眼實驗,並沒有發現超過5×10^19 ev的宇宙射線。當一個質子以gzk極限運動時,你知道這個極限能量對質子的速度意味著什麼嗎?

299792457.99999999999999999999918米/每秒。

從數字上看基本已經達到了光速,或者我們換個角度看看,如果一個擁有gzk極限能量的質子和一個光子比賽,飛往離我們最近的恆星比鄰星(上圖中間紅色的恆星),不可否認光子會先到達,但是質子僅落後22微米,700飛秒後到達。

如果質子和一個光子一路飛向距我們254萬光年的仙女座星系,然後再飛回來,這個旅程將需要將近500萬年,質子可能會遲到大約13秒。

我們所知道的每一個帶電粒子、每一束宇宙射線、每一個質子、每一個原子核都受到宇宙極限速度的限制!其實只是比光速低了那麼一點點,所以當我們夢想著在宇宙中超光速旅行時,這個想法真的很危險!因為來自宇宙大**的微波輻射會立即與我們發生相互作用,損耗能量的同時順便也會把我們烤焦!

這就是宇宙限制所有物質速度的原因!

2樓:小山村情懷

也就是光的速度。

如果超過了這個速度,那麼時間和空間也會停止,物質也就不存在了,也就相當於沒有速度

所以從目前的科學技術來看,不管是什麼速度,最多是299792458米/秒。

3樓:時光匆匆

因為這個速度就是光速,也就是現在可以檢測到的速度,而且還是以秒計算,目前來說,沒有其他的速度超越光速。

4樓:挽清夢

宇宙的極限速度為299792458米/秒也是人類的推算,這種解釋只不過是人類研究到的最高速度,希望在未來的日子中能夠發現宇宙的真正速度。

5樓:葉美美呵呵

這是目前為止的推斷,畢竟宇宙太大了,研究還在繼續。這個速度是按照光的速度設定的,因為光速是目前發現最快的速度,當然,還有其他的,依舊在研究。

6樓:我居美如天仙

因為這個就是光速。

目前的理論支撐光速的最大速度,不過目前已經觀測到粒子瞬間速度可以超過光速的,以前的理論可能會被進一步更新。

為什麼宇宙的極限速度為299792458米/秒?

7樓:數理學習者

從愛因斯坦的質能關係式和動質量公式可知,任何具有靜止質量的粒子(或物體)都是不可能達到光速的,它只能低於光速運動。

只有靜止質量為零的粒子,才可以達到光速。光子的靜止質量為零,所以光子的速度就是光速。

8樓:life肝帝

你說的是光速 光在真空中傳播的速度

比這個速度大 就是超光速了 據說超光速可以讓時間倒流 但就現在科技 無法驗證 這是另一個未知領域了

9樓:匿名使用者

應該不會有極限速度吧,現在很多科學家都在尋找超光速粒子,半個多世紀前人類一直認為音速是最快速度,科學是不斷進步的。

宇宙中的物體運動速度為何無法超越299792458米/秒?火是一種物質還是一種現象?

10樓:匿名使用者

有質量的物體運動速度不能超過光速,因為物體的質量隨著速度的增大而增大,當物體接近光速時,其質量會接近無窮大,那將這個物體加速到光速所需的能量也為無窮大(有光子運動時質量,靜止時無質量);如果是無質量的,例如影子,光斑,這些東西移動的速度是可以超過光速的,因為這些物體移動沒有能量存在。

火是一種現象,也是一種物質。火是物質的第四形態——離子體。實際上是高溫電離的氣體,它們是真實存在的。

量子理論和相對論在各自自己的領域類是對的,在領域之外就不適用了,記住,這裡是適用,不是對錯。尤記得霍金的一句話:任何物理理論在未知的將來都有可能被推翻。

前面說了,有光子運動時質量,靜止時無質量。

現在已發現反物質,貌似還提取出來了,貌似~

11樓:時小

超過光速,物質就分解為能量了!

求四字答案

12樓:奇形大聖

雞泥胎煤(雞你太美)

雞你太美原曲為只因你太美

聽起來"只因"二字像"雞"字所以

被稱為雞你太美

因蔡某某打籃球使用本**當作bgm而紅

求高手幫忙寫作文,題目:每天都是一首詩

13樓:射陽縣人

每天都是一首詩。

早晨陽光明媚,美如詩。如果烏雲密佈,那也別有情趣。

中午陽光充足,美如詩。如果雪花飄飄,更有詩意。

每天都是一首詩。

早鍛鍊,樂趣無窮。

學習,得到知識。

課間,無窮趣味。

14樓:揍扁你

你有毛啊,不會自己想嗎?

愁思滿滿藏腹中,煩惱千千不可數是屬那個生肖?

15樓:

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