超光速探索: 从失败实验到相对论质量的科学思考

发布日期:2024-12-17 16:00    点击次数:88

在当今科学认知领域,存在两类人秉持不同观点。一类人依据现有科学理论,坚信光在真空中的速度是宇宙速度极限,恒定且无法被超越,多数人属此类;另一类人则大胆突破常规,笃定宇宙中存在能超光速的事物。

早期,后一类人饱受外界质疑嘲讽,被指缺乏科学素养、无知无畏,甚至思维逻辑遭质疑,想法被视为荒谬。但他们未因这些负面评价动摇,凭借对科学探索的炽热信仰,朝着认定的科研方向持之以恒地钻研。

随着时间推移,他们的科研成果逐渐显现,让科学界和大众刮目相看,人们意识到他们并非盲目坚持,而是有着独特见解与深厚功底。

比如,他们最初设想靠打造大转盘来超越光速。依据线速度等于角速度乘半径的原理,只要转盘角速度够大或半径够大,边缘点线速度就能超光速。

线速度公式

以地球表面物体为例来推算,若要超光速,地球需每秒转7500圈,意味着每秒经历7500个昼夜,按正常规律得花20年时间。显然,现实找不到地球般大的转盘,所以只能寄希望于提高转速。

后来科技发展,发动机转速提高,给了他们希望,于是开启实验。他们精心制作圆盘并与高性能发动机相连,启动后让圆盘转速逐步攀升。然而,意外发生了,圆盘转速升高时突然“轰”的一声爆炸,化为碎片。

经观察,转速很高时,圆盘会瞬间出现裂纹、缺口,像有东西被甩出去,随后结构稳定性被破坏,径直断裂。起初,他们认为是圆盘质量不过关,因转速加快后,圆盘变得不稳定,出现弯曲、扰动等现象。

为解决圆盘高速旋转易爆炸、难稳定的棘手问题,他们想尽办法。科研人员精心筛选铁合金、硅等优质材料,其性能优异被寄予厚望。

制作时,他们严格把控各环节,力求圆盘无比坚固,能承受高速旋转作用力。

但现实残酷,无论怎样努力改进,每次实验圆盘都会爆炸,稳定高速旋转目标遥不可及,这让他们陷入绝望,觉得现有材料和工艺难以造出符合要求的圆盘。

不过,天无绝人之路。虽之前实验多失败,但也有收获。他们分析大量数据发现,圆盘质量与能承受的极限转速成反比,即质量越小,能承受的转速越大。

顺着这思路,他们改进圆盘设计与制作工艺,不断减小其质量,最终缩小到只剩一个质子或电子那么微小。同时,圆盘半径从几米拓展到几十米、几百米乃至几公里。而且,驱动转子也从传统电机变为借助无静止质量的电场和磁场来提供动力。

实验转盘

即便如此优化变革,这个“转盘”(即粒子同步加速器)最终也没能突破光速,不过速度达到了光速的99.999999%,已非常接近。

曾在欧洲核子研究中心,科研人员利用粒子同步加速器让接近光速的粒子碰撞,那场景如同微缩版宇宙大爆炸,重现了宇宙诞生时的形态,大型强子对撞机就是这样的粒子同步加速器。

很多人遗憾,为何粒子同步加速器都如此接近光速了,却还是差一点无法达到。这就要回顾其发展历程了。科学家发现,当粒子速度趋近光速时,其相对论质量会增大。

这意味着,给加速器注入能量想让粒子加速,可粒子没按预期加快速度,而是把能量转化为自身质量增加了。所以,只要物体有质量,不管用多先进手段、注入多少能量,按现有科学认知和理论,都无法使其达到光速,更别说超过光速。

打个比方,就像用炉灶烧水,锅里有水时,无论火力多大、加热多久,锅温最多到100℃,多余能量用于把水变成水蒸气了,只有水烧干后,后续能量才能让锅温继续升高。

粒子

从目前科学综合来看,要达到或超过光速,理论上物体得处于无质量状态,可这对人类和宏观世界来说遥不可及,或许只有像变成“阿飘”那样没了实体和质量才有可能,但真到那状态也就告别现实世界了。

也许在未知的另一个世界里,光速只是最慢、最基础的速度衡量标准。回首过往探索光速奥秘的艰辛历程,会发觉我们难以逾越的不只是速度数值的差距,而是背后一整个不同、神秘且遵循别样规则的未知世界。



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