太空旅行如何比光速更快 -

光速通常被称为宇宙速度限制 但并非一切都遵循这些规则。事实上,太空本身的扩展速度可能比光子所希望的更快。

宇宙学家是知识渊博的旅行者。回顾数十亿年,这些科学家能够以惊人的细节追踪宇宙的演化。 138亿年前,大爆炸发生了。一秒钟之后,刚刚起步的宇宙在一段令人难以置信的短暂时间内成倍膨胀,称为通货膨胀。在随后的时间里,我们的宇宙已经发展到如此庞大的规模,我们再也看不到它的另一面了。

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但这怎么可能呢?如果光速的速度标志着宇宙的速度限制,那么光子永远无法触及的时空区域怎么可能呢?即使有,我们怎么知道它们一直存在?

扩张的宇宙

与物理学中的其他物质一样,我们的宇宙努力以尽可能低的能量状态存在。但是在大爆炸后大约10-36秒,通货膨胀的宇宙学家认为宇宙发现自己正在休息而不是“假真空能量”。 C一个低点并非真正的低点。寻求真空能量的真正最低点,在一瞬间,宇宙被认为已经膨胀了1050倍。

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从那时起,我们的宇宙继续扩大,但速度要慢得多。我们看到来自远处物体的光线的这种扩张的证据。当恒星或星系发射的光子在宇宙中传播时,空间的拉伸会使它们失去能量。一旦光子到达我们,它们的波长就会根据它们行进的距离而红移。

两个红移源:多普勒和宇宙膨胀;模仿Koupelis&底部:探测器捕获中心恒星发出的光。当空间在两者之间膨胀时,该光被拉伸或红移。图片来源:Brews Ohare。

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这就是为什么宇宙学家将红移视为空间和时间距离的函数。来自这些遥远物体的光线已经传播了很长时间,当我们终于看到它时,我们正在看到数十亿年前的物体。

哈勃体积

红移光让我们看到物体就像他们在遥远的过去存在的星系一样;但我们无法看到我们的宇宙历史中发生的所有事件。因为我们的宇宙正在膨胀,来自某些物体的光线对我们来说太遥远了。

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该边界的物理部分依赖于一块周围时空称为哈勃体积。在地球上,我们通过测量一个称为哈勃参数(H0)的东西来定义哈勃体积,这个值将远处物体的明显衰退速度与其红移相关联。它首先计算于1929年,当时埃德温·哈勃发现遥远的星系似乎正在以与光线红移成比例的速度离开我们。

适应红移速度符合哈勃定律。图片来源:Brews Ohare

将光速除以H0,得到哈勃体积。该球形气泡包围一个区域,在该区域中所有物体以低于光速的速度远离中心观察者。相应地,哈勃体积之外的所有物体都远离中心,远离光速。

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是的,“比光速更快”。这怎么可能?

相对论的魔力

答案与狭义相对论和广义相对论之间的区别有关。狭义相对论需要所谓的“惯性参考系”。 C更简单,一个背景。根据该理论,在所有惯性参考系中进行比较时,光速是相同的。无论观察者是坐在地球上的公园长椅上,还是在未来派的高速火箭飞行中经过海王星,光速总是一样的。光子总是以每秒300,000,000米的速度远离观察者,他或她永远不会赶上。

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然而,广义相对论描述了时空结构本身。在这个理论中,没有惯性参考框架。时空不会相对于其自身之外的任何东西扩展,因此光速作为其速度限制的速度不适