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有质量的物体不能达到光速 宇宙膨胀超过光速 是否自相矛盾?

时间:2022-08-04 06:52:16

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有质量的物体不能达到光速 宇宙膨胀超过光速 是否自相矛盾?

一点都不矛盾,我们要知道现代宇宙学的探索离不开相对论,更何况这里还涉及了宇宙膨胀。

所谓有质量的物体不能达到光速,是指有静止质量的物体,而什么物体没有静止质量呢?比如光子就没有,所以它的速度一上来就是光速。

至于为什么有静止质量的物体不能达到光速,这涉及到狭义相对论的几个推论,比如质速关系,或者是质能方程,我们就从质能方程的角度说吧(这个角度更加宽泛),我们常见的E=mc平方,实际上这里的m是个变量,将质能方程写下面模样

我们可以清楚的看到,如果物体的速度一旦超过光速,那么能量将变为虚数,这可能吗?因为物体的速度不能超越光速,而达到光速也是不允许的,能量为零或者没有意义也是不可能的。

那么宇宙膨胀又是怎么一回事呢?一般的解释是这样说的,宇宙的膨胀是宇宙本身的运动,它不能传递任何信息,因此不违背狭义相对论。实际上我们可以换个更加普遍的解释,要知道狭义相对论不过是广义相对论的特殊形式,而宇宙本身膨胀我们是怎么发现的呢?

没错,就是从哈勃当年发现遥远星系退行开始的,那么对于特别遥远的星系来说,它们现在远离地球的速度是大于光速的,这个该作何解释呢?相比于什么宇宙自身的膨胀,这个实打实的星系正在急速远离我们是一个直观的事实(虽然宇宙膨胀是因,星系退行是果,但这个果仍然可以得到更好的解释)。

所以光速不变原理在广义相对论需要得到更加全面的解释,利用世界线的概念,任何存在于时空的物体都有一条自身的世界线,而世界线分为三种:类光、类时、类空,其中光子的世界线是类光线,一般物体的世界线是类时线,不一般的物体是类空线(换做之前的语句,这个类空就是指超光速)

而光速不变原理就变为光子的世界线永远是类光线,所谓不能超越光速,就升级为物体的世界线永远是类时线,而我们说的那些超光速退行的星系,其实它们的世界线一直都是类时线,因此不违背相对论。

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