宇宙最快的星系,正在以超光速远离地球,为啥相对论没被打破?

作者:量子探索

时间:2020年10月9日

来源:百家号

光速,是宇宙中最快的速度,同时任何有质量的物体都无法实现光速移动,但是科学家发现,一些距离地球足够远的星系,正在以超光速远离地球,这些星系远离地球的速度超越光速,为什么没有打破相对论呢?

爱因斯坦的狭义相对论中指出了“光速不变原理”,在任何观察者看来,光速都是不会发生变化的,并且爱因斯坦也指出大于光速的速度是没有任何意义的,在我们的物理理论中,光速就是速度上的“无限大”,因为想要超过光速,所需的能量也是“无限大”,就算耗尽整个宇宙的能量,也不能让一粒尘埃实现超光速。
哈勃定律指出,银河系外的星系相对于银河系来说,这些星系的退行速度和距离成正比,也就是说距离银河系越远的星系,远离银河系的速度就越快。大约当两个星系彼此之间相距140亿光年以上时,它们远离彼此的速度就会超过光速。

目前人类发现距离地球最遥远的星系是“GN-z11”,这个星系也被称为“婴儿星系”,距离地球134亿光年,我们现在观察到的这个星系,其实是它134亿年前的样子,这个星系在宇宙大爆炸后3~4亿年左右就诞生了,这个阶段宇宙也才刚刚诞生,还处于“婴儿阶段”,因此我们把这个星系叫做“婴儿星系”。
目前这个星系远离银河系的速度已经超过了光速,在134亿年前这个星系距离地球134亿光年,大约在这个星系的诞生10亿年后,它远离银河系的速度就超过了光速,这个速度还在不断加快,为什么星系之间相互远离的速度超过了光速,因为这个星系是距离地球最远的星系,所以它也是目前我们发现的“最快”星系,为什么它的存在没有打破相对论呢?

相对论是在讨论时空和引力之间的关系,而哈勃定律是宇宙膨胀理论的基础,在哈勃定律被证明后,宇宙大爆炸理论才被众多的学者认可,星系之间相互远离的原因就是因为宇宙本身的膨胀。
哈勃定律证明,宇宙空间在不断的膨胀,并且膨胀的速度和方向是十分均匀的,不论在宇宙的任何一个星系都能发现其他星系在不断的远离。

但是从根本上来看,星系本身并没有进行超光速运动,造成这个现象的原因是宇宙本身在不断膨胀,因此并不违背相对论,不会打破“光速不变”这条宇宙铁律,光速仍然是宇宙中最快的速度。
我们所说的宇宙最快速度,是粒子在运动时产生的,而光速就是目前发现的最快速度,而光子的静止质量是0,在移动时不会产生其他力,而其他有质量的粒子在运动时,质量会随着速度的增加而增加,当这个粒子接近光速时,它的质量会趋于无限大,需要同样无限大的能量才可以继续运动,因此我们才认为,超越光速是无法实现的事情。

星系之间的相互远离的速度虽然超光了光速,但这不是星系本身运动产生的,而是宇宙膨胀带来的结果,星系之间会因为引力相互靠近,比如我们的银河系就在和仙女座星系相互靠近,在未来两个星系会融合成为一个全新的星系。
宇宙膨胀促使两个星系之间相互远离的速度超过光速并不能打破相对论,因为对于这两个星系来说,它们本身并没有运动,就像是人类可以借助各种交通工具来提高自己的速度,而人体只依靠肉体速度总会有一个极限一样,借助交通工具实现的速度并不妨碍人类自身速度的极限。

对于人类来说,超光速能否实现其实十分重要,在未来人类肯定会离开地球,进入宇宙中去探索。在这个时候,飞船的移动速度就十分关键了,如果不能超越光速,就算人类可以亚光速飞行,想要离开银河系需要整整20万年左右,人类文明仅仅诞生了一万年,用二十万年的时间进行星际旅行,显然是一件不现实的事情。
从理论上来看,实现传统意义上的超光速几乎是一件不可能的事情,但是科学家认为,我们可以利用理论的漏洞来实现超光速,那就是“曲率引擎”,利用宇宙中的“时空曲率”,让飞船实现超光速,这个办法是利用时空本身进行移动,同样不违反相对论。

相对论作为人类目前物理理论两大基石之一,并不是那么好打破的,当然相对论和量子力学都存在一定的漏洞,未来会出现一个“大一统”理论来解释所有的难题

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