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光速达到30万公里每秒,如此快速飞行的动力是什么?

光速 2026-04-16 菜科探索 +
简介:如果要问宇宙中有什么是绝对的?那么,在物理学当中,有一个东西是绝对的,那就是光在真空中的速度近似等于30万公里/秒。

那光为什么会这样拥有这样的速度?它的动力到底

【菜科解读】

如果要问宇宙中有什么是绝对的?那么,在物理学当中,有一个东西是绝对的,那就是光在真空中的速度近似等于30万公里/秒。

那光为什么会这样拥有这样的速度?它的动力到底是什么呢?

其实,答案很简单,光不需要动力,基本粒子天生就拥有光速,而光没有静止质量,它没有被希格斯场所减速,而其他基本粒子因为拥有静止质量,因此被希格斯场所减速,所以达不到光速。

那具体是咋回事呢?

质能等价

在物理学界,即便是物理学的发展得到了前所未有的推荐。

在一些基本的概念上,科学家们依然推荐得很痛苦,比如:质量,能量和光速。

伽利略曾经就挑战过光速,而且他仅仅是尝试去测光速,却只能以失败而告终。

到了20世纪,有一个物理学界的天纵奇才出现了,他就是爱因斯坦。

在他1905年发表了四篇极具开创性的论文,其中就包括大名鼎鼎的狭义相对论。

除了狭义相对论,在当年最晚发表的一篇名为《质能等价》的论文是补充狭义相对论的。

在这篇论文当中,爱因斯坦提出了一个大名鼎鼎的质能方程E=mc^2,这个方程是爱因斯坦用来描述质量和能量的关系的,其中就用到c^2,也就是光速的平方。

这个方程描述了一个等价关系,假设有个物体的质量是m,那它所拥有的能量E就是mc^2。

在推导质能方程的过程中,爱因斯坦论述了信息、物质、能量的极限速度是无法超越光速。

如果要达到光速,那么静止质量只有等于0时。

后来科学家们发现,爱因斯坦这篇文章存在着循环论证的问题。

不过,在几位物理学家和数学家的共同努力下,也最终拿出了十分严谨的证明。

可能你要问了,凭什么信息、物质、能量的速度不能超过光速?

爱因斯坦当年只是用光速不变原理推导得到这个结果,但更深层次的原因并没有给出解释。

不仅如此,实际上爱因斯坦也没有解释到底什么是质量?不过,后来有一批物理学家一并解决了这2个问题。

那具体是咋回事呢?

希格斯场

科学家实际上是基于原子结构的研究从而解决这个问题的。

我们都知道,原子都是由原子核和电子构成的。

电子无法再分,而原子核还可以继续分为质子和中子。

其中质子是带正电,中子是不带电的。

可是你想过没有,原子核内有那么多质子, 不应该因为同种电荷相排斥而被弹开吗?

其次,科学家还通过轰击质子和中子的实验发现,质子和中子也应该还可以再分更小的粒子。

这种粒子后来被称为夸克。

除此之外,原子核还存在着衰变的现象,比如:β衰变,一个中子衰变成一个质子、一个电子和一个中微子。

基于这些现象,科学家提出,在宇宙中存在着四种基本作用力,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力。

其中,强相互作用把夸克束缚在质子当中,也把质子束缚在原子核当中,因此它们的强度要大于电磁力,衰变则是由弱相互作用引起的。

科学家利用一套叫做规范场的理论,试图把四大相互作用统一起来,他们几乎完成了强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的统一。

但是有一些科学家就发现了一个问题,这其实就是质量问题。

根据这套理论,物质的质量到底从哪里来呢?

科学家发现,物质99%的质量来自于强相互作用把夸克束缚在质子和中子当中的能量,我们可以通过上文提到的质能等价计算得到。

至于剩余的1%的质量则是来自于各种基本粒子的。

这听起来其实很完美有没有?

可问题就出在,在规范场当中,夸克和电子这类基本粒子是不应该有质量的。

其次,相互作用在规范场论当中可以看成是把某种粒子扔来扔去的结果,比如:强相互作用就是把胶子扔来扔去;

而弱相互作用就是把W玻色子和Z玻色子扔来扔去;

电磁力就是把光子扔来扔去。

胶子和光子明明是没有质量的,可W玻色子和Z玻色子却有质量,这很是奇怪。

后来,为了解决这个问题,科学家不得不提出另外一个假设来给规范场论做补充。

他们提出了希格斯机制,他们认为宇宙中遍布着一种场叫做希格斯场,当粒子通过时,希格斯场会和粒子发生作用,会导致粒子减速并获得质量。

物质剩余的1%的质量就是希格斯场赋予的。

但是并不是所有的粒子都会和希格斯场发生作用,如果粒子的静止质量是0,那么它就不会和希格斯场发生作用,那它的速度就应该是光速。

光子的静止质量是0,所以它没有被希格斯场减速,所以它的传播速度是光速。

特朗普又被“光速打脸”?伊朗议长:并未与美国进行谈判!

来源:财联社 综合央视新闻等媒体报道,当地时间周一(23日),伊朗伊斯兰议会议长卡利巴夫(Mohammad Baqer Qalibaf)公开否认与美方进行过谈判。

他在社交媒体平台X上发文称:“我们没有与美国进行任何谈判,这些虚假新闻是被用来操纵金融和石油市场、并试图让美国和以色列摆脱目前深陷的泥潭。

” “伊朗人民要求对侵略者予以彻底而痛悔的惩罚。

所有伊朗官员坚定地支持他们的最高领袖和人民,直至实现这一目标。

”他补充道。

伊朗伊斯兰革命卫队(IRGC)表示,他们将对美国目标发动新的袭击,并称特朗普的言论是“心理战”,已经“老套”,对德黑兰的斗争没有任何影响。

伊朗伊斯兰革命卫队周一晚间还表示,其袭击目标包括迪莫纳和特拉维夫等多个以色列城市以及一些美军基地。

该组织称,正在通过“以打击为重点的行动”与“侵略者”进行“谈判”。

另有消息人士甚至表示,所谓伊朗伊斯兰议会议长卡利巴夫与美国谈判完全是假消息,捏造该假消息的目的之一是为暗杀卡利巴夫创造条件。

这名消息人士说,捏造谈判假消息的目的还包括诋毁卡利巴夫、在伊朗国内引起分裂、煽动民众情绪。

当天早些时候,就在所谓的“最后48小时最后通牒”结束前,美国总统特朗普突然在其社交媒体平台“真实社交”上发文称,“美国和伊朗在过去两天进行了非常良好和富有成效的对话”,对话将持续至本周末。

他还指示暂停对伊朗发电厂和能源基础设施的一切军事打击,为期五天,但前提是正在进行的会议和讨论取得成功。

根据特朗普的说法,美方已同一名伊朗“领导人”对话,已形成协议要点,对方不是伊朗最高领袖。

据以色列方面23日消息,美方正同卡利巴夫进行对话。

这一表态引发金融市场巨震:国际油价盘中高位跳水,欧美股市大幅反攻,美元全面回落,避险资产与风险资产同步重定价,加密货币也显著走强。

不过,就目前的信息来评判美伊战争的走向还为时过早。

渣打银行纽约全球G10外汇研究及北美宏观策略主管Steven Englander表示:“市场现在的理解是,能源领域的一些短期危险或许正在减弱,因为未来几天双方可能不会轰炸彼此的基础设施。

” 但他同时警告称,“这并不是说最坏的情况已经结束,而是说最坏情况在未来几天内立刻发生的概率下降了。

” 布朗兄弟哈里曼(Brown Brothers Harriman)全球市场策略主管Elias Haddad则表示:“所有这些走势都符合这样一种判断——市场开始嗅到伊朗战争恐慌可能接近阶段性峰值,但现在下结论仍为时过早。

” 他强调,目前仍无法确认这些接触究竟只是为了安抚市场,还是确实代表了一轮真正的局势降级。

光速限制:外星人来了也得认栽的宇宙“铁律”?

在浩瀚宇宙中,人类一直幻想能与外星文明来一场跨越星空的“网友见面会”。

可现实却像一盆冷水,有个叫“光速限制”的家伙,像一道无形的高墙,横在人类和外星文明之间。

这光速限制到底是啥?它咋就把大家困住了呢?今天咱就来唠唠这神秘又让人无奈的光速限制。

古代“信息延迟”的无奈:光速限制的“前世小预告”在古代,信息传递那叫一个慢。

就说打仗吧,前线战事吃紧,消息得靠快马加鞭往回送。

有时候,等皇帝收到消息,黄花菜都凉了,战局早就变了样。

于是就有了“将在外,君命有所不受”的说法,为啥?因为信息传递太慢,皇帝的命令传到前线,情况早就不一样了,将领只能自己看着办。

这其实就是光速限制在古代的“小缩影”,只不过那时候大家还不知道光速是啥,只知道信息传递慢得让人着急。

爱因斯坦的“宇宙禁令”:光速限制的“正主登场”到了近代,爱因斯坦横空出世,他的狭义相对论就像一颗重磅炸弹,在物理学界炸开了花。

相对论告诉我们,光在真空中的速度大约是每秒30万公里,这可是宇宙中的速度极限,任何有质量的物体都别想达到或者超过它。

这就像给宇宙定了个规矩,谁都得遵守。

就好比一场跑步比赛,光是那个永远跑在最前面,谁也追不上的冠军,其他选手只能眼巴巴地看着它远去。

爱因斯坦还指出,当物体的速度接近光速时,它的质量会急剧增加,所需的能量也会呈指数级飙升。

打个比方,你要让一艘1吨重的飞船达到99%的光速,那得消耗相当于全球数年总发电量的能量;

要是想达到光速,所需能量就会趋向无穷大,这在现实中根本没法实现。

就算未来人类掌握了核聚变甚至反物质能源,也满足不了这么庞大的能量需求,更别说建造能承受极端质量变化的飞船结构了。

星际“慢递”的尴尬:光速限制下的信息困境光速限制带来的最直接问题,就是信息传递的巨大延迟。

在星际时代,这种延迟会被宇宙的尺度无限放大。

比如说,地球收到来自1光年外前线的战报,那消息可是整整走了1年才到。

想象一下,2021年春节,地球收到1光年外传来的喜讯,说前线打胜仗了,地球人高兴得大摆喜宴庆祝。

可实际上,这已经是1年前的战况了,在这1年里,前线局势可能早就逆转,外星势力发起反扑,地球将士正陷入水深火热之中呢,地球的庆祝不过是对“过去”的徒劳欢呼。

就算把距离拉近到太阳系内部,这种延迟依然存在。

如果太阳附近发生一场星际“对决”,其结果要等8分钟后才能被地球上的人类观测到。

要是人类文明扩张到2光年外的星球,消息往返需要4年;

扩张到200光年外,单次信息传递就要200年;

要是到了2万光年外,信息从星球传回地球需要2万年,地球发出的回信再抵达目的地又要2万年。

在这4万年的时间里,地球的统治者都不知道换了多少代,星际殖民地与母星的联系也会逐渐断裂,到时候,2万光年外的殖民地指挥官,估计早就把地球抛到九霄云外,不会对地球保持忠诚了。

宇宙“孤岛”的命运:光速限制下的文明困局光速限制就像一道透明的屏障,把银河系分割成无数个“孤岛”。

对人类来说,它阻碍着我们的星际梦想,让我们很难在星际征程中保持整体的团结与统一,反而会走向“各自为政”的分裂状态。

按照天文学家卡尔达舍夫提出的“卡尔达舍夫指数”,文明被划分为三个主要等级。

I型文明能完全掌握并利用母行星的所有资源与能量;

II型文明能掌控整个恒星系统的资源,甚至可以直接利用恒星的能量;

III型文明能驾驭整个星系的资源,在星系尺度内自由穿梭与发展。

可人类文明目前连I型文明都还没达到,只能利用地球部分资源,对海洋、地核等深层资源的开发还处于初级阶段,在可控核聚变等关键能源技术上虽有突破,但距离“完全掌握行星资源”还有很长的路要走,科学家估算人类文明当前等级仅约为0.7型,相当于处于“婴儿期”的文明。

就算人类未来能达到II型文明,向III型文明迈进的道路也会被光速彻底封死。

因为III型文明所需的“星系尺度统筹能力”,与光速限制下的“信息延迟困境”完全矛盾。

银河系直径约为10 - 18万光年,不同星球之间的距离动辄数千、数万光年,信息传递需要数千年甚至数万年,资源调度的周期更是难以想象,人类根本无法实现有效的协调与管理。

外星文明的“同款烦恼”:光速限制的“宇宙通用版”这光速限制可不只是针对人类,就算宇宙中存在外星文明,它们大概率也得被这道鸿沟困住。

假设某个外星文明比人类先进数千年,掌握了接近光速的航行技术,可它们还是要面对“时间膨胀”的困境。

对飞船上的宇航员来说,以99%光速飞行100光年,主观时间仅过去约14年;

但对他们的母星而言,时间已流逝100年。

这意味着,当宇航员返回母星时,亲友早已老去,文明可能已发生翻天覆地的变化,这种“时间差”会让星际航行失去“回归的意义”,更别说跨越数十万光年的银河系直径,或前往更遥远的其他星系了。

而且,星际空间并非真空,而是充斥着稀薄的气体、尘埃和高能粒子。

以接近光速飞行的飞船,哪怕撞上一颗微小的尘埃,也会因巨大的相对速度产生相当于核爆炸的冲击力,瞬间摧毁飞船。

要为飞船配备足够的防护装置,又会大幅增加飞船质量,进一步加剧能量消耗的难题,这就像一个无解的循环,让光速航行的可行性愈发渺茫。

突破幻想与现实困境:光速限制的“未来猜想”虽然光速限制目前看起来牢不可破,但人类从未放弃突破它的幻想。

有人提出了虫洞和曲速引擎的概念。

虫洞理论认为,宇宙中存在连接两个时空的“通道”,通过虫洞可以瞬间跨越遥远距离,但虫洞需要“负质量物质”来维持稳定,而人类目前尚未发现任何负质量物质的存在。

曲速引擎理论认为,可以通过压缩航天器前方的空间、扩张后方的空间,让航天器“乘坐”空间的“波浪”前进,从而突破光速限制,但这种技术需要消耗巨大的能量,相当于将整个木星的质量转化为能量,以目前人类的技术水平,完全无法实现。

不过,宇宙中仍然充满了许多未解之谜,例如暗能量和暗物质的本质,以及黑洞内部的物理规律。

这些未知领域可能蕴含着颠覆我们对光速认知的秘密。

说不定未来的某一天,人类会发现新的物理原理,找到突破光速限制的方法,到时候,我们就能真正实现星际穿越,和外星文明来一场面对面的交流啦。

光速限制就像一个神秘的宇宙谜题,它既限制了人类和外星文明的发展,又激发着我们不断探索未知的欲望。

在这道看似无法逾越的鸿沟面前,我们是就此认命,还是继续努力寻找突破的方法呢?也许,答案就藏在宇宙的深处,等待着我们去揭开。

光速达到30万公里每秒,如此快速飞行的动力是什么?

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