除光速以外,宇宙中还存在一个阈值限制,这才是人类真正的障碍?( 二 )


基本理论要知道为什么难以突破光速或者接近光速 , 首先我们需要明白一些基本概念 。 在我们传统的认知里 , 光在真空或者所有物理参考系里都是每秒三十万千米的速度 , 是物质在宇宙中能够达到最快的速度 。 对于宇宙来说 , 这是我们人类自己为了更好地了解世界所建设的一套理论体系 。


经典物理学里有对速度的关系描述:“速度不会具有特别的形式 , 无论静止或者惯性参考系的速度几何 , 所有实验的物理结果都应该是相同的 , 任何力学试验都不能区分禁止和匀速运动的惯性参考系 。 ”
到了近代 , 麦氏方程组对于牛顿力学体系提出的疑问向我们展示出了 , 在运动的两个物体中相互作用产生了与参照系无关的相同电磁或洛伦兹力 。 结论表示时间、空间、速度三者基本相互作用在电磁上有着重要线索 。 把“伽利略变换”和“牛顿力学”如果应用到麦氏方程式中 , 所得到的结果都不一致或者其中有一项的数据并不是正确的 , 唯一有效的就是“洛伦兹变换” 。

再者爱因斯坦对洛伦兹变换的认知 , 也预言了物质因果关联的速度 。 假设存在一个位置、速度、方向大幅度变化的宇宙 。 那么 , 其中各种运动的物质都可以连贯地在众多参考系里进行变换 , 也能退回到自己的参考系中 。 对这些假设进行代数计算 , 描述结果便为洛伦兹变换结果 。
这是唯一能够满足我们对宇宙相关性、对称性及自洽性的基本变换 , 能够描述我们的现实 。 为了让这现实存在 , 就必须有一个宇宙极限速度 , 这个极限速度的参数能够作为洛伦兹变换的一个可定义参数 。

以对称性和相对性来看 , 这个参数可以是无穷大 。 但为了让描述现实的公式成立 , 这个数值C必须是麦氏方程组里的一个基本常数组合 。
在我们宇宙中的速度极限值中 , 组成这个常数组合得恰好就是决定电磁波传播速度的光 。 这是可见宇宙中任意两区域中可交流的最大速度 , 也是任何无质量粒子运动的唯一速度 , 因此光、光子以及引力波都没有质量 , 能够以最大速度穿梭 。

爱因斯坦的狭义相对论也指出了时间膨胀、长度收缩以及质能等价 , 如果没有一个速度极限 , 那么物质运动需要无穷的能量 , 物质便没有意义 , 光速便成为了我们这个宇宙的速度限制 。
GZK极限【除光速以外,宇宙中还存在一个阈值限制,这才是人类真正的障碍?】那光速这么快 , 也作为宇宙速度的限制 , 我们只需要以光速为目标去不断突破自身就好了 , 即便达不到光速 , 接近光速那也相当快了 。 如果你这么想 , 可能就要失望了 。

以Greisen、Zatsepin、Kuzmin三人首字母命名的GZK极限理论 , 描述了当今宇宙中 , 宇宙射线存在的理论上的限值 。 这些宇宙粒子中有带电的粒子 , 如质子、电子、正子 , 另外还有各种高能量的射线 。 能量高于1GeV每核子的射线被称作高能射线 , 这些射线绝大部分也都是由带电粒子组成 。

这些高能量射线和高速运动的粒子在飞船飞行中能够给其带来恶劣的影响 , 飞船如果在飞行途中直接与这些能量发生碰撞 , 在能量累积下会给飞船造成损伤 , 甚至威胁宇航员的生命 。 就目前的观测来说 , 地球上所观察到的能量射线和宇宙粒子在长期的运动中 , 达到地球附近能量已经衰减许多 , 况且还有地球本身的磁场保护 , 并不会有什么影响 。
但对于高速飞行的飞船来说 , 宇宙深空存在着大量的宇宙射线和能量粒子 , 会不断地与飞船发生“撞击” 。 在粒子和能量射线的强大电场下 , 气体分子的空间分布便会开始发生改变 , 而本身处于在“热浴平衡”中的飞船会出现“退耦” , 整个状态也极其不稳定 , 飞船很有可能在这一过程中开始解体 。

以目前的观察 , 在宇宙微波背景下的光子会产生Π介子 , 直到射线粒子的能量低于GZK极限阈值 。 而在地球上无法观测到这样大的阈值 , 发射源和地球距离又超过50M秒 , 因为这个距离差值中不存在可以产生这种能量的宇宙射线 。 而实验里却能够观测到这种射线粒子 , 而且能量远大于阈值 , 这便是GZK悖论 。
虽然有悖论的存在 , 但仍不能判定宇宙中没有这样的能量 , 在太空中要想高速穿梭还必须进一步验证这个理论 。 GZK极限理论的存在成为了宇宙中除光速以外的阈值限制 , 或许这才是人类探索宇宙的过程中面临的真正障碍 。

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