物體的速度可能超光速嗎？（上）

2023-04-01 06:54:50 1

物體的速度能超過光速嗎？(1)

陳思進

/陳思進

之前連續寫了五篇文章，漫談暗物質、暗能量和反物質——雖然人類還看不到或觸摸不到它們，但它們佔了整個宇宙的95%以上，甚至是主宰宇宙命運的「事物」。這篇文章發表後，得到了許多讀者的熱烈反饋。一位讀者在文章《關於暗能量和反物質的隨機對話(第一部分)》中問道:「那些可觀察到的星系正以光速(甚至更快)遠離我們。」不是說宇宙中最快的速度是光速，星系怎麼能比光速更快地離開我們呢？

這真是一個好問題！

事實上，這裡提到的速度指的是宇宙的膨脹速度，它的倒退速度比光速快並不違反相對論，因為這只是空間本身的運動，並沒有能量或信息的傳遞

在這裡跟隨這個話題，談論科幻迷們可能最關心的問題之一:如何比光速更快地旅行，也就是說，物體的速度是否能超過光速？

光速到底是多少？

光速是指真空中的光速。它是一個物理常數，縮寫為「C」，精確值為299，792，458米/秒，通常為300，000公裡/秒

是眾所周知的，在相對論中，愛因斯坦提出「光速是宇宙中的速度極限」儘管這個猜想在理論和實踐上還有待進一步探索，但分析當前的知識是正確的。更嚴格的解釋應該是:光速是宇宙中所有物質運動和信息傳播速度的上限，也是所有無質量粒子和相應的場波動在真空中運動的速度。

根據質量和能量守恆，粒子的質量轉化為能量。愛因斯坦提出的最著名的質量-能量轉換(或等效)公式是E = mc2(E = mc^2，e代表能量，m代表質量，c代表光速)當物體達到光速的25%時，物體的質量會隨著速度的增加而增加。當一個物體的速度接近光速時，它的質量將趨於無窮大。

根據這個公式，質量物體不可能達到光速，而光子沒有引力質量，即質量為「0」，即光子的整個質量已經完全轉化為能量，所以光子的能量達到了極限，然後光子的速度達到了極限，這就是光速極限的原因。電磁波在真空中的速度與光速相同。

然而，如果光速極限理論是正確的，那麼人類將永遠無法建造一艘能達到光速的宇宙飛船，而超光速旅行就更不可能了。這使得科幻作品中的時間機器和通過時間機器改變歷史的「橋梁」無法實現。科幻迷能滿足嗎？！例如，

離我們太陽最近的恆星叫做半人馬座比鄰星。它位於半人馬座，離太陽近40萬億公裡。它離我們大約4.22光年。即使你乘坐的宇宙飛船的速度是光速的99%(建造這樣的宇宙飛船幾乎是不可能的)，往返地球也需要八年半的時間。可以想像，宇宙是如此之大，即使它離地球很近，也離地球很遠。

例如，如果附近的星系有外星文明，傳說中的灰狗來自澤塔的兩個星座，距離地球39光年；另一個例子是地球古代文明中提到的獵戶座外星文明，它往返地球需要3000光年。也就是說，如果太空旅行僅僅是為了尋找一個外星文明，那麼對於所有不存在於永生狀態的生物來說，生存、死亡和死亡都是沒有意義的。

現在，讓我們來整理一下真正的太空旅行1969年，當阿波羅10號返回地球時，它加速到每秒11公裡，這是載人飛船有史以來的最高速度，使它的三名太空人成為歷史上最快的。然而，以這樣的速度，要花156萬年才能遊覽小灰人的家鄉！

2018年，為研究太陽風而發射的帕克太陽能探測器達到了每秒95公裡的最高速度，這是人類建造的最快的飛行器。然而，即使這個速度也只是光速的0.03% (3/10000)。

的問題是，如果它是一架使用火箭燃料的飛機，你想飛得越快，需要添加的燃料就越多。假設一艘10噸重的宇宙飛船，隨著速度的增加，根據質能轉換公式，要把宇宙飛船加速到光速，所需的能量將是無限的！即使整個宇宙的所有能量都被用來將宇宙飛船加速到光速，這也是一項不可能的任務！

我該怎麼辦？

由於普通火箭使用化學燃料有推進極限，科學家們首先想到的是找到更有效的燃料來提高宇宙飛船的速度。

在許多科幻電影中，一些涼爽的太空船尾引擎發出深藍色的光，使用離子推進器。

離子推進器(離子推進器，也稱為離子引擎)的原理是先電離氣體，然後利用電場力加速帶電離子並將其噴出，並以其反作用力推動火箭。這是目前實際應用的最經濟的火箭技術，因為只要調整電場強度，推力就可以調整。由於比衝比其他現有的推進技術大得多，只需要少量的推進劑就能達到非常高的最終速度，而不會攜帶太多的燃料。

，然而，離子推進器的缺點是它不能像化學燃料一樣在瞬間爆發出巨大的推力，即使在太空中，它也需要很長時間才能加速。即使離子推進器應該處於真空環境中，也需要數月甚至數年的持續推進，離子推進器才能獲得比化學燃料推進快得多的速度。因此，它使離子推進器特別適用於天空太空飛行器的遠程導航。

幾年前，歐洲航天局(ESA)的科學家測試了一種新型的「吸氣劑電推進器」——利用電場和磁場電離氣體(通常是氙)，然後噴射這些粒子產生推力它可以在稀薄的空氣中運行，並有望使衛星在空中運行更長時間，減少阻力。裝滿了佔飛船質量90%的燃料，飛船最終達到了每秒700公裡的速度，相當於光速的0.2%。與以前相比，雖然它更接近光速，但仍遠非光速。

這表明，一定有一種理論和技術可以繞過光速的限制，達到超長距離旅行的目的。有沒有這樣的方法可以繞過光速限制規則，從而達到超光速的目標？還有別的辦法嗎？

讓我們以後再談。