爱因斯坦是说有质量的物体不可能达到光速,他又说宇宙膨胀超过光速,是否自相矛盾?

爱因斯坦狭隘相对论的基本定律之一就是宇宙中没有任何东西的速度能超过真空中的光速。无静止质量的粒子必须以光速运动,而静止质量非零的物体不可能达到光速,不管被注入多少能量,理论上需要无限的能量才能将一个有质量的物体加速到光速,这是因为粒子本身的质量与速度成比例,简而言之,你走得越快,就会越重。更违反直觉的是,如果一个接近光速的物体发射出一束光,它的速度也不会是光速的两倍。

宇宙一直在膨胀中,如果你观察一个星系,这个星系离我们越远,它远离我们的速度就越快。室女座的星系,大约有5000万到6000万光年远,平均以1200公里每秒的速度远离我们,后发星系团中大约3.3亿光年远的星系以每秒7000公里的速度远离我们,最远星系正在以超越光速远离我们。

当然宇宙的膨胀速度比光速还快并没有与狭义相对论相矛盾。绝对速度极限的概念来自于狭义相对论,在狭义相对论中,时空是一种固定的、平坦的闵可夫斯基几何、可以选择一个全局参照系,并将这条规则扩展到遥远的物体上。当说一个物体在运动时,指的是它相对于时空网格的位置变化,光速只是存在于时空中的物体的约束,而不是时空本身。但是宇宙的膨胀发生在弯曲的时空中,因此,宇宙本身的膨胀根本不受光速的限制。换一种说法即宇宙的膨胀没有速度,在遥远的宇宙中远离我们的星系根本没有移动,相反,是它们之间的空间在膨胀,单个星系本身相对于空间本身是静止的。

因此,宇宙膨胀的速度比光速还快,一些星系正在以比光速还快的速度远离地球,由于它们的高速远离,以至于从它们发出的光永远无法到达太阳系,这些星系永远不会被我们看到。

所以,虽然光速对我们这些生活在宇宙中的人类来说仍然是一个不可逾越的障碍,但它不能限制时空本身的膨胀。宇宙一直在以超光速膨胀,但光速限制了我们能看到的范围,也限制了我们移动的速度。

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  • 发表于 2022-01-13 16:34
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  • 分类:科学