为什么光速被认为是终极速度?

时间:2020-06-19 09:44:40   作者:
相对论的一个基本公理是存在一个不变的速度:一个对所有观察者都相同的速度。事实证明,没有静止质量的粒子,比如光的光子,在真空中以这个恒定的速度运动。这是,事实上,背后的动机理论:麦克斯韦的电磁理论,建立于1860年代,为电磁辐射预测一个不变的速度,这与pre-relativity直觉发生冲突,一束光可能出现快慢取决于您正在运行或远离它。

注意,我使用了“不变”一词,而不是“最终”。这就是所有的理论;这个速度是不变的。但这一说法有其后果。

第一个结果是不存在以这个速度运动的“观察者参照系”。一个观察者总是相对于他自己是静止的。但如果他在某些参照系中以不变的速度运动,他就会在所有参照系中以这个速度运动,包括他自己的参照系。这是一个矛盾;因此,必须抛弃这种观察者存在的假设。

第二个结果是不存在连续的速度变换(洛伦兹变换),将一个比恒定速度慢的参照系转换为一个比恒定速度快的参照系。这意味着它不可能达到比光速的真空速度更快的速度;一个以这种速度运动的观察者也不会有一个静止的坐标系(即静止的坐标系)。在美国,不存在这样的观察员。)

也就是说,相对论并没有先验地排除基本粒子运动速度超过光速的可能性。这种(假想的)粒子甚至还有一个名字:超光速子。我们从未观测到超光速子,这可能也是一件好事,因为它们的存在会违反因果关系(超光速发射器的巧妙安排可以让我们向过去发送信号),而且会让整个宇宙变得不稳定。事实上,这正是我们认为在极端的早期宇宙中发生的事情:臭名昭著的希格斯场在那时作为一个超光速场开始存在,它的性质导致整个宇宙衰变到一个新的状态(电弱对称性破缺)。在这种新的状态下,不再有超子,取而代之的是熟悉的物理定律,允许原子、分子、化学、生命,最终是我们,存在。
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