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一秒可绕地球七圈半,秒速约为30万公里的光速,是人类目前发现的宇宙物体运动最快速度,那么这个速度是如何测出来的?光速可以

作者:宇宙天文馆

一秒可绕地球七圈半,秒速约为30万公里的光速,是人类目前发现的宇宙物体运动最快速度,那么这个速度是如何测出来的?光速可以被超越吗?

在17世纪之前,人们普遍认为光的传播是瞬时的,包括开普勒和笛卡尔都认为光速是无限的。就算从冥王星朝着地球发射光束,地球也能立刻接收到。

不过伽利略并不相信光速无限,于是便做了个测量光速的实验,和助手分别拿着一盏灯站到两处山头上,伽利略首先遮住灯,助手看到伽利略遮住灯后也遮住灯,然后计算伽利略遮住灯到看到助手遮住灯的时差,用距离除以时间就是光速了。

当然,伽利略的实验得不到结果,因为光速实在太快了,就算是站在地球的两端,光传播的时间也不到50毫秒,而人的反应速度最少是150毫秒。不过,伽利略的实验却为人类揭开了研究光速的序幕。

1676年丹麦天文学家奥勒·罗默在测算木卫一的公转周期的过程中,意外发现地球在靠近木星和远离木星时,木卫一在木星背面阴影中的时间间隔不一样,已知木卫一的公转周期是固定的,那唯一的解释便是光速并非瞬时传播。

根据多年的观测数据,罗默计算出了光穿越地球直径的距离需要22分钟。后来惠更斯又通过估算的地球轨道半径,计算出了光的传播速度为每秒22万公里。尽管这个数据跟光速的真相仍有着很大差距,不过在接下来的200年里,光速的研究并没有多大进展。直到1849年法国物理学家斐索设计出测量光速的实验装置,才最终测定的光速是每秒31.5万公里,这个实验后来被多次调整,光速测量的精度也在步步提升。

光在真空中的传播速度有多快?答案是每秒299792458米。按照这个速度,在不到一秒的时间里,人类可以随意到达地球的任何一个位置,2秒钟内便可以飞往月球的静海基地,甚至只需要8分20秒,就能和太阳来一次近距离接触。当人类的宇宙飞船从地球出发时,在太阳系里旅行就像是平时搭公交那么随意,这就是光速的定义。它是人类目前发现的最快速度,可以轻松超越人类创造出的一切飞行工具。

然而如果按照宇宙的尺度来看,光速便显得微不足道了。宇航员以光速从地球出发,想要离开太阳系需要大约1年时间,到达比邻星需要4.2年,若想穿越直径距离为16万光年的银河系,人类的宇宙飞船还需要16万年的时光,而银河系只是宇宙中一个极为普通的星系,在这之外还无数个数不清的星系存在,距离地球数千万甚至数亿数十亿光年。爱因斯坦早已言明,任何有质量的物体都无法被加速到光速,这也就意味着,人类无法超越光速实现星际旅行。

尽管光速无法超越,宇宙中仍有两种超光速现象存在。一是宇宙膨胀速度,根据科学家的推论,宇宙起源于138亿年前的大爆炸,如果爆炸后宇宙膨胀的速度和光一样,那么到可观测宇宙直径应当是138亿光年。然而目前可观测宇宙直径是930亿光年,说明宇宙膨胀的速度早已超过光速。需要了解的一点是,宇宙膨胀本质上是空间的膨胀,并未涉及到物质的运动和信息传递,因此并未违背相对论。

另外一种超光速现象是量子纠缠。粒子之间发生纠缠作用后,无论相隔多远,都可以瞬间“感应”到彼此,当其中一颗粒子发生改变时,其他粒子也会随之改变,这就是量子纠缠。这种即时感应的速度,早已超过了光速。但粒子之间并未传递信息,也无法实现超光速传递信息。人类想要实现星际旅行,只能寄希望于其他捷径,比如虫洞理论。

虫洞又被称为“爱因斯坦-罗森桥”,是通往两个不同时空的捷径。以银河系和仙女座星系为例,如果要以光速穿梭其中,大约需要254万年。但是如果有虫洞连接它们的话,只需要一瞬间便可以跨越这漫长的星际旅途。但虫洞理论只是爱因斯坦在广义相对论中的预言,目前尚未得到证实。

不过,鉴于爱因斯坦过去的预言成功率,黑洞、引力波都被证实真实存在,那么虫洞也极有可能存在。但即便人类发现虫洞,想要操控时空结构来实现星际旅行,对目前的人类文明来说,也是一个艰巨的挑战。

#所见所得,都很科学##光速##虫洞是什么#

一秒可绕地球七圈半,秒速约为30万公里的光速,是人类目前发现的宇宙物体运动最快速度,那么这个速度是如何测出来的?光速可以
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