導語
“光速”的意義是什麼?
這個速度為什麼不能被超越?
受邀參加莫斯科的實體大會的實體學家鮑彤,正好帶着這個問題,于是在大會上送出了自己對于“光速”速度無法超越的一些看法。
光速。
“光速”這個概念最早是由英國的實體學家麥克斯韋正式将它的實體意義提出,而根據他的理論,光是由電磁波的一種,而與電磁波相關的基礎實體公式在麥克斯韋建立的基礎公式中有展現。
其中光速c作為一種常數成為了麥克斯韋公式的基礎之一,光速不僅是将電磁場中和光場的真空傳播速度用作常數,同時還是一種超光速物體運動中對于特殊相對論的一種預言。
而麥克斯韋在1880年的時候對光場的反應與電場和磁場都是一樣的。
他成功在實驗室中的成功的證明了光場是由電場和磁場組合而成的,而且光在真空中可以自由的傳播而無需媒體,是以麥克斯韋相信光是一種電磁波。
是以他就一緻在電磁場與磁場的研究中,一直在思考這兩個場的關聯問題。
而正是在1878年。
德國實體學家赫茲測量了麥克斯韋的電磁場理論,他使用一種金屬圈裝置中将電光的觀測現象放大,并且使用一個大型開關來控制電流的開和關,當電流通入圈中時,會産生磁場,進而産生電磁感應,其實驗的主要目的是觀測這個磁場對發射光的影響。
而在這次實驗中,他觀察到當磁場頻率和觀測的發射頻率相同時,發射的光就會逐漸減弱,趨于燒滅,而通過這一現象,他就認為電磁場就是一種由光的電場和磁場組合而成的一種,是以他認為麥克斯韋的理論是正确的。
可以認為光就是一種電磁波,當時麥克斯韋聽聞這一傳言後,也非常激動,他認為經過多年的研究,自己的電磁場學說終于被實作了。
并且立刻向德國的赫茲發去電報表示祝賀,也為這一成果感到高興。
麥克斯韋所提出的電磁場公式在光的研究上有了深刻的貢獻。
關于光的傳播,實際在麥克斯韋釋出電磁場的理論後,實體學家卡爾惠特日學院發表了“不同于理論機械的電動力原理”一書,對麥克斯韋的電動力學進行了理論推導。
并且他還在書中提到了麥克斯韋的電磁場理論與赫茲實驗中光的傳播問題。
他認為麥克斯韋的電場和磁場有其自身的實體性質,他認為麥克斯韋的理論,電場和磁場是彈性團力的組合,是以他才能得出光是一種橫波的結論。
而且是電和磁互相垂直振蕩構成的,是以他和麥克斯韋關于光的看法在一定程度上是一緻的,而麥克斯韋和惠特日的電磁理論對于光的研究奠定了實體基礎。
随後愛因斯坦對麥克斯韋的電磁場理論進行了深入的研究。
從實驗資料中得出了“光速”的理論,并且通過一系列的數學推導以及實驗得出了相對論的結論,光速就是等于299792458m/s的一個數值,實驗資料趨于真實,是以後代的實體學家都将這一現象作為自己研究的基礎。
著名的“哈勃定律”和“黑洞理論”都是建立在愛因斯坦相對論的基礎之上的,而愛因斯坦的相對論中也提到了時空的彎曲和光速的性質,是以在人們的認知中,光速無疑是一個非常重要的實體概念,那為什麼光速又不能被超越呢?
鮑彤的“光速”理論又是如何的?
光速不可越過。
為了證明光速不可越過的理論,鮑彤根據電磁波與光都是一種電磁場,他将光的電磁波和電磁場的公式相結合,通過簡單的數學推導,得出了“光速”不可超越的結論。
在數學方面,他提到了黎曼幾何中的度規張量。
度規張量是描述空間和時間之間的關系,也是刻畫時空曲率的一種,它是一個四階方陣。
張量的一個重要的特征是它不受參考系的限制,它在任意參考系之間都是不變的,是以鮑彤不僅在電磁場和光的理論中發現了他們的關聯性。
同時還從數學的角度提出一個新的研究方向,研究光的愛因斯坦場方程的解,他認為通過解愛因斯坦的場方程可以得出光速不可超越的結論。
然而愛因斯坦場方程是一個比較複雜的張量方程,對于其求解是一個非常困難的問題。
是以在鮑彤提出這個問題後,很快就有學者對其進行了解答,但是卻找不到合适的解法,而愛因斯坦作為當時的學術泰鬥,都沒有解決明了,是以鮑彤将其視為一個重要的研究方向。
從這個方向對愛因斯坦的相對論進行了深入的研究。
而且當物體進行運動時,在它的視角看來電磁波的傳播速度不會大于光的傳播速度,是以光的速度就是一個恒定的數。
即使物體進行了運動,也不會改變光的傳播速度,是以在進行超光速運動時,根本就不存在這個問題。
超光速現象。
然而在1992年,美國的實體學家蓋倫納組成了一個研究小組,為了研究超光速現象,然而實體學家們在相關的研究中确實發現了超光速的現象,這還是第一次在實驗中發現的。
是以對這個現象引起了廣泛的讨論,而在這一實驗中,實體學家蓋倫納使用一種叫做超費米子的粒子,這種粒子是一種由超導體和銅制成的金屬被放在低溫條件下。
在這種溫度條件下,它的電阻率會迅速的下降,在電流的作用下會在導電體内部形成一種非常強大的磁場。
這種通過低溫下的超導體所形成的電磁力已經超出了普通的物質,是以可以将這種物質用作一種超光速的物品。
在蓋倫納的實驗中,他将這種超導體放在高能量的粒子的轟擊下,形成開環,然後通過分析這種效應的衰減,最終通過資料來計算粒子通過環圈的時間間隔,得出來的結果是小于轟擊的時間間隔,這是第一次在實驗中發現了超光速的現象。
并且在2012年:瑞典科學院又發現了一個類似的實驗現象,他們通過轟擊石墨烯,使其形成類似的通道,通過轟擊後的時間間隔來計算,也得出了小于轟擊時間的結果,這些實驗結果都對實體學家們的認知提出了一個新的挑戰。
而在2018年,美國的實體學家更是驚奇的發現,當你将兩個超導體進行量子糾纏,再讓一個超導體和一個普通的導體進行量子糾纏時,通過普通導體糾纏起來的超導體進行轟擊時,實體學家竟然發現盡管這兩個超導體的距離無論遠近,都會同時感覺到,原本認為這樣的實驗是超越光速的,但是事實上這種感覺到隻是兩個超導體的自身進行了一次量子糾纏,是以這種感應是一種虛假的超光速感應。
關于這些的實驗,都是對于光速的一種挑戰,同時也是對愛因斯坦相對論的一種補充,如果說相對論隻是對光速不可超越的一個預言,那麼對于相對論的解釋就顯得牽強,但是通過這些實驗,可以很明顯的看出原子能的高速是超越不了光速的,是以光速所帶來的一些性質,自然就會繼承下來。
結語
而對于鮑彤在大會上所提出的光速超越問題,受到了很大的質疑,同時也有實體學家提出了一些疑問,但是随着1992年實體學家蓋倫納所做的實驗,終于有了一些答案,這些實驗都是用來反向進行研究的,是以對這些實驗的結論,都是一種合理的解釋。