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都说光速是无法超越的,但有没有这种可能:当能量超过光速时,他的存在形态已经超出了人类的认知呢? 第1页

  

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你不打算诉诸“我们并不知道世界的真实样貌”的话,没有。题目里“都说”的部分是假命题,人类早就能在实验室里让不传递信息的东西超越真空光速:

  • 波动的相速度可以轻易地超过真空光速。特殊情况下,波动的群速度也可以超过真空光速。例如强度快速衰减的光脉冲的极大点可以用超过真空光速的速度移动[1]
  • 量子隧穿、量子纠缠的广域关联性可以超越真空光速,但不能用来超越真空光速地传递信息。

不强调“真空光速”的话,介质中的光速低于真空光速,人早就能让粒子在介质内超越介质中的光速,产生切伦科夫辐射。人可以降低光子在真空中的速度[2],特定的介质可以让光的群速度为零、为负。

在一些理论推演中,光子在卡西米尔真空中的速度可以略微超过真空光速,但目前制作的仪器规模还太小,不足以观测到该效应。

量子真空可以产生切伦科夫辐射[3]阿斯卡莱恩效应。若有普通飞行超过真空光速的粒子从太空中通过,仪器可以发现它。

理论上始终以超光速运动的快子亦可产生可观测到的效应。如果快子带电荷或参与弱相互作用,切伦科夫辐射或阿斯卡莱恩辐射就会在它从仪器附近通过的时候暴露它的存在。

为了抹平理论与观测事实间的矛盾[4],1980 年,美国物理学家阿兰·古斯提出了暴胀:极早期宇宙在 10^-35 秒到 10^-34 秒的极短时间内以惊人的速度加速膨胀[5],那速度完全无视真空光速限制。

  • 暴胀宇宙论预言了宇宙的不均匀性,并给出了不均匀程度的估计。根据维尔纳·海森堡的不确定性原理,在暴胀时期,宇宙中存着微小的量子热涨落,暴胀将这些涨落放大到宇观尺度,成为当今宇宙中所有结构的种子。暴胀理论预言,这些原初涨落基本上具有尺度不变性并满足高斯分布
  • 上述预言已经通过测量微波背景辐射得到了精确的证实[6]

理论物理学家米给尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)在 1994 年提出的阿库别瑞度规定义了曲速引擎的时空[7]。按照广义相对论来解读,这是一种洛伦兹流形,允许一个曲速泡出现在原先平坦的时空中,并在实质上以超光速移动。

制造曲速泡需要巨大的负能量,但后来有其他学者改进其数学模型,用曲速环的形式将拖动较少物质需要的负能量压缩到卡西米尔真空可以承担的范围附近。

在目前的理论下,曲速引擎是不会被限制在真空光速以下的。如果造得出来,它会是光速引擎。

现实中,你大概已经见过了 2020 年的“黑洞照片”,那上面的等离子体已经在参考系拖拽的作用下表现了视觉超光速。

可以看看 2021 年初发表的又一个可穿越的虫洞模型:

DOI: 10.1103/physrevlett.126.101102

还有无需负能量、在亚光速时“只要”行星级质量的曲速引擎模型(由之前公开的若干倍木星质量的超光速曲速引擎修改而来):

DOI: 10.1088/1361-6382/abdf6e

目前我们还不知道时序保护假说或因果律会怎么处理用这类方法实质超光速的物体。时序保护假说也不禁止亚原子粒子利用虫洞跨越遥远的空间,抑或进行时间旅行。

若有通过曲速飞行实质超光速的物体,它周围的曲速泡或曲速环会让你看得清清楚楚:那和你见过的任何东西都不一样。

若有通过虫洞来实质超光速的物体,那个虫洞每一端都会表现为黑洞。

诉诸“我们并不知道世界的真实样貌”的话,没什么东西是确定的,但你并没有办法从你周围“未必真实的现实”之中逃离。

参考

  1. ^ https://doi.org/10.1007%2FBF01828944
  2. ^ arXiv:1411.3987 [physics.optics]
  3. ^ https://doi.org/10.1103%2FPhysRevLett.122.161601
  4. ^ 在旧大爆炸模型中,宇宙视界不断向外扩张,使新的区域落入到可观测范围之内。然而,当某个观测者第一次看到这些区域时,他会发现彼此相距极其遥远的区域看起来极为相似:背景辐射具有几乎相同的温度,时空曲率的演化也近乎相同。这是一个难题:在从未“沟通”过的情况下,两个从未有过因果联系的区域要如何达到如此接近的温度和曲率呢。
  5. ^ 这假定可观测宇宙的所有区域来自同一个早期阶段,这一阶段具有很高的真空能量(宇宙常数),视界并不向外扩张,而是维持不动,任何观测者离视界的距离都是相同的。这时,空间指数膨胀,使两个十分接近的观测者极迅速地远离对方,其速度之快,使两者马上超出了对方的可观测范围。当暴胀逐渐衰弱时,宇宙常数趋向于零,空间开始正常膨胀。这一正常膨胀阶段内落入到视界以内的空间区域,正是曾经因暴胀而超出视界的区域。由于这些区域曾经十分接近,所以具有相同的温度和曲率。暴胀理论可以解释为什么相隔遥远的区域具有几乎相同的温度和曲率。它预测在任一时刻的总空间曲率为零,意味着宇宙中的普通物质、暗物质以及残余的真空能量之总和必须是临界质量。现有的观测证据对此表示支持。
  6. ^ https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/dr2/pub_papers/threeyear/parameters/64897.web.pdf
  7. ^ https://arxiv.org/abs/gr-qc/0009013v1



  

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