唯一 一种可以超越光速的方法

科技领航人

发布时间: 05-12
19:55
优质科学领域创作者
在我们的宇宙中,有一些规则是所有人都必须遵守的。任何两个量子相互作用时,能量、动量和角动量总是守恒的。任何粒子在时间上向前运动的系统的物理性质都与镜像中的同一系统的物理性质相同,粒子转变成反粒子,时间的方向相反。还有一个终极的宇宙速度极限,适用于每一个物体:没有任何东西能超过光速,任何有质量的东西都不能达到这种速度。

多年来,人们已经制定了非常聪明的计划,试图绕过这最后的限制。理论上,他们把超光速粒子当作可能超过光速的假想粒子,但超光速粒子必须有假想的质量,而且在物理上并不存在。在广义相对论中,充分扭曲的空间可以在光必须穿过的地方创造出替代的、缩短的路径,但我们的物理宇宙没有已知的虫洞。虽然量子纠缠可以在远处产生“幽灵”行为,但没有任何信息的传输速度比光快。

但是有一种方法可以打败光速:进入除完美真空以外的任何介质。下面是它的工作原理。

上图:光不过是一种电磁波,具有垂直于光传播方向的同相振荡电场和磁场。波长越短,光子的能量就越大,但它越容易受到光速变化的影响。

你必须记住,光是一种电磁波。当然,它也表现为一个粒子,但当我们谈论它的传播速度时,更有用的是,它不仅是一个波,而且是一个振荡的、同相电场和磁场的波。当它在真空中传播时,没有任何东西可以限制这些场以它们自然选择的振幅传播,这些振幅由波的能量、频率和波长决定。

但是,当光通过一种介质时,也就是说,存在电荷(可能还有电流)的任何区域,这些电场和磁场的自由传播都会遇到一定程度的阻力。在所有可以自由改变或保持不变的事物中,光的性质保持不变的是它从真空移动到介质、从一种介质移动到真空或从一种介质移动到另一种介质时的频率。

但是,如果频率保持不变,那就意味着波长必须改变,因为频率乘以波长等于速度,这就意味着光速必须随着传播介质的改变而改变。

其中一个壮观的例子是光线通过棱镜时的折射。白光和阳光一样,是由连续的、多种波长的光组成的。长波,如红光,具有较小的频率,而短波,如蓝光,具有较大的频率。在真空中,所有波长以相同的速度传播:频率乘以波长等于光速。蓝色波长的光有更多的能量,因此它们的电场和磁场比红色波长的光强。

当你把这些光通过像棱镜这样的色散介质时,所有不同波长的光的反应都略有不同。你的电场和磁场中的能量越多,它们通过介质时所受的影响就越大。所有光的频率保持不变,但高能量光的波长比低能量光缩短了更多。

因此,尽管所有的光在介质中的传播速度都比真空慢,但红光的传播速度却比蓝光慢一点,这导致了许多迷人的光学现象,比如当阳光穿过水滴和水滴时,会出现彩虹。

然而,在太空的真空中,光别无选择——不管它的波长或频率如何——只能以一种速度传播:真空中的光速。这也是任何形式的纯辐射(例如引力辐射)必须行进的速度,也是在相对定律下任何无质量粒子都必须行进的速度。

但宇宙中的大多数粒子都有质量,因此它们必须遵循稍有不同的规则。如果你有质量,真空中的光速仍然是你的极限速度,但不是被迫以这个速度旅行,而是你永远无法达到的极限;你只能接近它。

你在大质量粒子中投入的能量越多,它就越接近光速,但它的速度必须越慢。地球上有史以来能量最大的粒子,是大型强子对撞机上的质子,在真空中可以以惊人的接近光速飞行:299792455米每秒,相当于光速的99.999999%。

然而,不管我们向这些粒子注入多少能量,我们只能在小数点右边加上更多的“9”,我们永远达不到光速。

或者,更准确地说,我们永远无法在真空中达到光速。也就是说,对于大质量粒子来说,最终的宇宙速度极限299792458米/秒是不可能达到的,同时也是所有无质量粒子必须达到的速度。

但是,如果我们不是通过真空,而是通过介质旅行,会发生什么呢?事实证明,当光通过介质时,它的电场和磁场会感受到它们所通过的物质的影响。当光进入介质时,它的作用是立即改变光的传播速度。这就是为什么,当你看到光进入或离开一个媒介,或从一个媒介过渡到另一个媒介时,它似乎会弯曲。光虽然可以在真空中自由传播,但它的传播速度和波长在很大程度上取决于它所穿过的介质的性质。

然而,粒子的命运却不同。如果一个原本通过真空的高能粒子突然发现自己通过了一种介质,它的行为将不同于光。

首先,它不会立即经历动量或能量的变化,因为作用在它身上的电力和磁力——随着时间的推移改变了它的动量——与它已经拥有的动量相比是微不足道的。与其像光看起来那样瞬间弯曲,不如说它的轨迹变化只能以渐进的方式进行。当粒子第一次进入介质时,它们会以与进入介质前大致相同的特性(包括相同的速度)继续移动。

第二,能够改变粒子在介质中轨迹的大事件几乎都是直接的相互作用:与其他粒子的碰撞。这些散射事件在粒子物理实验中非常重要,因为这些碰撞的产物使我们能够重建在碰撞点发生的一切。当一个快速移动的粒子与一组静止的粒子碰撞时,我们称之为“固定目标”实验,它们被用于从产生中微子束到产生对探索自然界某些性质至关重要的反物质粒子的各种实验。

但最有趣的事实是:在真空中运动比光慢,但在进入的介质中比光快的粒子,实际上正在打破光速。这是粒子超越光速的唯一真实的物理方式。它们在真空中永远不能超过光速,但在介质中却可以超过光速。当他们这样做的时候,一些有趣的事情发生了:一种特殊类型的辐射——切伦科夫辐射。

它以发现者帕维尔·切伦科夫命名,这是实验中首次发现的物理效应之一,在它被预测之前,切伦科夫正在研究已经准备好的放射性样品,其中一些被储存在水中。放射性制剂似乎发出微弱的蓝色光,即使切伦科夫正在研究发光——伽马射线会激发这些溶液,当它们去激发时,这些溶液就会发出可见光——他很快就能得出结论,这种光有一个首选的方向,这不是荧光现象,而是完全不同的东西。

如今,在核反应堆周围的水箱里也能看到同样的蓝光:切伦科夫辐射。

这些辐射来自哪里?

当一个非常快的粒子穿过一个介质时,这个粒子通常是带电的,而介质本身是由正电荷(原子核)和负电荷(电子)组成的。带电粒子在穿过这种介质时,有可能与其中一个粒子发生碰撞,但由于原子大多是空的,因此在短距离内发生碰撞的几率相对较低。

相反,粒子对它所穿过的介质产生了影响:它使介质中的粒子极化——在这种情况下,相同的电荷相互排斥,相反的电荷相互吸引——以响应正在通过的带电粒子。然而,一旦带电粒子离开轨道,这些电子就会回到基态,这些跃迁会导致光的发射。具体地说,它们会使蓝光发射成锥形,而锥形的几何结构取决于粒子的速度和特定介质中的光速。

上图:该动画演示了相对论的带电粒子在介质中的运动速度快于光的情况。相互作用使粒子发出称为切伦科夫辐射的辐射锥,这取决于入射粒子的速度和能量。在实验粒子物理学中,检测这种辐射的性质是一项非常有用且广泛使用的技术。

这是粒子物理学中一个非常重要的性质,因为正是这个过程让我们能够探测到难以捉摸的中微子。中微子几乎从不与物质相互作用。然而,在极少数情况下,它们只把能量传递给另一个粒子。

因此,我们能做的就是建造一个巨大的纯液体罐:这种液体不会发生放射性衰变或发射其他高能粒子。我们可以很好地保护它不受宇宙射线、天然放射性和其他各种污染源的影响。然后,我们可以用所谓的光电倍增管在这个容器的外面排列:光电倍增管可以探测单个光子,触发一连串的电子反应,让我们知道光子从哪里来,何时来,朝着什么方向来。

有了足够大的探测器,我们就可以确定每个中微子的许多性质,这些中微子与这些容器中的粒子相互作用。只要中微子“踢”出的粒子超过液体中的光速,就会产生切伦科夫辐射,这是测量这些幽灵般宇宙粒子特性的一个非常有用的工具。

对切伦科夫辐射的发现和理解在许多方面都是革命性的,但它也导致了在实验室粒子物理实验早期令人恐惧的应用。高能粒子束在空气中传播时,不会留下任何光学特征,但如果它通过的介质比介质中的光传播得快,就会产生蓝光。物理学家过去常常闭上一只眼睛,把头伸进光束的轨迹中;如果光束是亮着的,他们会看到一道“闪光”,这是由于他们眼睛中产生的切伦科夫辐射,证实光束是亮着的(毋庸讳言,随着辐射安全重新认识,这一过程被中断了。)。

尽管如此,尽管在这中间的几代人中物理学已经取得了所有的进步,我们所知道的击败光速的唯一方法是找到一种你可以减慢光速的介质。我们只能在一个媒介中超过这个速度,如果我们做到了,这个能说明问题的蓝光——它提供了大量关于产生它的交互作用的信息——就是我们丰富数据的回报。在曲速引擎或超光速粒子成为现实之前,切伦科夫辉光是唯一的出路!

若《你好,李焕英》中穿越成真 贾晓玲能用啥招儿回到过去

  “五一”假期将至,看电影会是很多人选择的休闲活动。不过,这个小长假,当你走进电影院,你可能会看到一个熟面孔——电影《你好,李焕英》。这部今年春节期间亮相的影片,将延长上映至5月12日。

  影片讲述了刚考上大学的女孩贾晓玲意外穿越回上世纪80年代,与年轻时的妈妈李焕英意外相遇,二人形影不离,上演了一个又一个让人笑中带泪的故事。

  那么问题来了,贾晓玲究竟是怎么穿越回去的?

  关于时空穿越,学界与民间流传着诸多假说,全世界科学家也一直在努力探究其真实性。科学的进步离不开大胆的假设,本期生活版就带您盘点一下那些“时空穿越术”。

  假说一:黑洞穿越

  在很多科幻电影中,时光旅行者都是通过时间机器打开一条能够穿越时空的隧道,但是无法确定到达的地点是哪里。

  物理学家爱因斯坦在其研究生涯中提出的最大胆的预言就是时空穿梭。他认为,人类可以借助宇宙中的某些特定环境,实现时空穿梭,可以自由地回到过去,也可以去往未来。而他所说的特定环境就是黑洞,这便是著名的黑洞假说。

  英国著名物理学家霍金也提出,人类通过黑洞就可以实现时空穿越。霍金认为,超大黑洞就是一部天然的时间机器,在黑洞周围时间会变慢,至少比地球要慢两倍。

  爱因斯坦曾在广义相对论中预言重力可让时间流逝的速度变慢,黑洞的重力异常强大,因此在黑洞表面,时间相对于地球来说,几近停滞。

  不过,对此美国学者早已进行过多项相关实验,却未曾取得任何实质性的成果。有学者指出,人在进入黑洞后,很可能被撕得四分五裂。

  假说二:虫洞穿越

  多年来,在许多科幻小说和电影中,男女主角都是借助虫洞实现时空穿梭的。

  1935年,爱因斯坦和物理学家内森·罗森依据广义相对论提出宇宙中存在一种特殊的通道,即“爱因斯坦-罗森桥”(虫洞)。虫洞连接着两个不同时空中的点,我们可以通过穿越虫洞的方式实现时空转移。

  想借助虫洞穿越时空并非易事,一方面,虫洞存在与否这一问题本身没有得到解决,我们也不知道虫洞具体身在何处;另一方面,即便找到了虫洞,在穿越虫洞时还要面临许多未知的挑战。最大的问题就是虫洞的稳定性难以保证。美国俄勒冈大学理论物理学教授史蒂芬·许表示,稳定虫洞需要某种非常特殊的物质,但目前尚不清楚这种物质是否存在于宇宙中。除此之外,穿越者还要面临高辐射以及异物接触的风险。

  “借助可穿越的虫洞进入未来或回到过去,这并非易事,因为将虫洞转变成时间机器需要付出很大的努力,要摆脱虫洞也异常艰难。”美国天体物理学家埃里克·戴维斯说。

  “虫洞和时间机器一样,只是一个概念。”南京师范大学物理科学与技术学院副教授狄云松认为,目前学术界对于时空关系尚无严格定论,虫洞这一理论提出后,想要对其进行验证需要借助工程实验,而人类还不具备条件对这一假想进行工程论证。

  假说三:超光速穿越

  有一种观点认为,超越光速就可以回到过去,这是真的吗?

  超光速,是指物体运动速度超过光的极限速度。光的速度接近30万千米/秒,相当于高铁速度的360万倍。根据狭义相对论的钟慢效应,速度越快、时间越慢。因此有人认为,若速度超过光速,时间就会停止。

  2011年9月,有国外科研团队宣布探测到μ中微子超光速现象。当时,一些人据此提出,如果该实验结果为真,穿越时空就不再是科幻情节,但是国内不少学者对此持谨慎态度。

  “即便这一发现今后被科学家的实验证明是正确的,也只是为时光穿越提供了可能。”中国科学院高能物理所研究员、中微子研究专家曹俊在接受媒体采访时表示。

  霍金在其所写的《时间简史》中提到,即使物体运动速度真能超过光速,也不可能实现时空穿越。时间倒流只是一个假象,超光速事件将引起时间和空间一系列量子力学上的反应,最终使得穿越时空无法实现。

  不少学者都认为,即便有一天真的可以超越光速,所谓的时光倒流也只是在相对论下的一种理论推测,现在还无法证实这种推测是否成立。

  假说四:冷冻穿越

  还有一种观点认为,当人患绝症去世后,可以将遗体先冷冻起来,等到未来能够治疗这种疾病的时候再将其解冻,这样不仅可以将绝症治好,还能够“穿越”到未来。从某种角度来看,人体冷冻也算是一种穿越时空的方法。

  目前,人体冷冻分为两种,一种是大脑冷冻,另一种则是人们熟知的全身冷冻。

  1967年,72岁高龄的詹姆斯·贝德福德因胃癌去世,家人们按照其遗嘱将他冷冻起来,期望未来能够找到复活的契机,而他也成为了世界上第一个冷冻人。直到现在,詹姆斯·贝德福德的身体依然处于冷冻状态,因为现代科技无法做到令其复活。

  从理论上来看,使用冷冻方法有可能给人带来生的希望,毕竟人类科技发展速度非常快,当未来医疗技术极为先进之后,这些冷冻人经过解冻治疗之后,也许就能“复活”。

  2017年,因罹患肺癌去世的展文莲成为首个在中国本土被冷冻并等待复活的“病人”。对于引发大众质疑和争议的冷冻人技术,本报曾撰文做过深度报道。

  一些人认为,“冷冻人类以待复活”系伪科学;还有人认为,和试管技术、克隆技术相似,假以时日,冷冻人体复活也会走向成熟。

  该领域科学家魏晓曦在接受本报采访时表示,低温环境可有效降低化学反应速率,从而延续生命。人体冷冻不是伪科学,它从理论上经得起推敲。

  不过,不少专家对冷冻人体持否定态度。中国科学院理化技术研究所研究员刘静曾表示,现在能成功实施低温保存的,只有相对简单的生物学对象,连人体器官的低温冻存都非常困难。

  中国科学技术大学低温医学与医学微系统实验室研究人员苑福泉曾在接受媒体采访时也表示,现阶段低温生物医学工程领域的技术,还无法做到人体的无损冷冻和无损复温,国际上目前比较成熟的技术也只能做到细胞尺度,而小型器官的冷冻保存技术依旧在探索研究之中,现今尚没有成熟的技术可以实现器官的完美低温保存,更不用说是针对人体了。

来源:科技日报

【H&M第二次声明来了:我放不下人民币】
3月31日,H&M的第二次声明来了,意料之外!

意外之一是H&M居然还会再发一次声明!意外之二是H&M居然不是道歉!意外之三是H&M居然还认为中国消费者好糊弄!看来很多老外一直都是自以为是,傲慢得很!并非传说中的谦虚礼貌。

相信很多人已经看到了H&M的第二次声明,还是贴一下全文(圈起来的框框可以重点看看)。看过的网友直接跳过,没看过的网友则可以看看H&M公关文的水平。央视给到的评论基本上是一篇空话满满、缺乏诚意的二流公关文。

笔者看来,这哪是公关文,满篇就是资本家放不下人民币的丑恶嘴脸。

简单在热搜下面截图了几张网友的评论,大家反映依旧很热烈,看来互联网并没有那么健忘,大家也都牢牢地记住这些该记住的人和该记住的事。

看完声明,相信所有人都会有一个感觉,就像网友说的一样,这哪里是道歉声明,明显就是放不下人民币,又想继续在中国赚钱,又想不认错不道歉,H&M想得可真美。

H&M声明当中,所谓的挑战不过是他们自设的假想敌。如果没有H&M在新疆棉花上做文章,自然就不会有现在的挑战,如若H&M不能旗帜鲜明地表明立场诚意道歉,那么他们寻找前进的方向就是南辕北辙。

H&M声称见证了中国纺织业的显著进步,作为创新和技术的前沿,H&M为此感到非常自豪。这种自豪的结果,就是H&M诋毁新疆棉花,诋毁中国纺织业。

H&M声称中国是非常重要的市场,对中国的长期承诺依然坚定。还表示H&M的公司价值观是建立在信任、尊重、诚信和对话的基础之上。中国确实是H&M非常重要的市场,不过只是中国的人民币对他们非常重要,而所谓的信任、尊重、诚信不过是一个屁话,在他们眼里也就是背叛的代名词,居然也能说得这么理直气壮。

H&M果然是全球企业,说话都这么有水平,这么饱含深意。

H&M最近的日子好过吗?H&M首席执行官称,根据他们的保守估计,2021年中国内地市场将关门店250家,目前关闭的门店数量是20家。

从这个绝对数字来看,关闭的门店数量并不算多,但是H&M在中国的门店数量本身就比较少。根据此前H&M公开数据显示,截止2020年结束,H&M在中国内地拥有的门店数量是445家,也就意味着2021年H&M将最少关闭门店数量50%以上。

不过,H&M在中国市场关闭多少门店都已经不太重要。从目前中国的整个市场反应来看,大家对H&M已经是同仇敌忾,誓将H&M赶出中国。

因此,无论H&M关闭多少家门店,H&M都必将被连根拔起,而不是H&M认为的腰斩亦或者很艰难。中国市场不会给H&M艰难的机会,我们不忍心看他们那么辛苦,那么煎熬。

所以,关于H&M总部认为保守估计将关闭250家门店,显然这个数字还是过于高估了,也不能怪他们,毕竟他们从来都这么傲娇,但这次选错了战场。

当然,线下门店并非H&M在中国市场的唯一渠道,线上同样举足轻重。不过,中国的电商平台包括天猫、京东、拼多多、唯品会、苏宁易购、真快乐等已经将H&M全部下架。也就意味着H&M的线上渠道已经被彻底阻断。

H&M可能还没意识到,线上购物在欧美国家优势并没有那么明显,但是在中国市场则完全不一样。淘宝天猫已经拥有7.79亿活跃买家,即便这样,拼多多依然能够崛起,并拥有7.884亿活跃买家。

欧盟2018年的全部人口数量是5.1亿,美国2020年的人口数量是3.32亿,淘宝天猫和拼多多的活跃买家都已经远超这两个经济体的人口数量。足以说明线上购物在中国市场的占比之高,显然H&M还没明白过来。

可能有的人会说,欧美的购买力显然要比中国来的强劲,这样的数据对比显然意义不大。不,这才是问题的重点。从经济增长就可以看出,欧美经济已经接近天花板,而中国还在高速增长,在中国有如此庞大消费者的前提下,哪个市场更有前景?脚趾头都可以想到出来。

H&M有没有可能再度回到中国市场?关于这点不敢说可以,也不敢说一定不可以。

H&M在中国市场的品牌美誉度已经严重受损,如若做出有诚意的道歉,显然还是可以挽回一部分的消费者。但很不可能挽回所有的消费者,毕竟H&M已经做出了伤害中国消费者的行为,我们不可能因为H&M做了一个态度鲜明地道歉,回头就去原谅他。

中国人的骨头没有那么软,中国人的钱也没有那么好赚,即使H&M想要在中国重新拾回原有的市场,也必须让他脱一层皮。否则,以后谁都可以胡作非为。

另外,从央视对H&M二次声明的评论,也足以窥见端倪。

在央视网评H&M声明当中,用到了扭扭捏捏、避重顾轻、顾左右耳严他、缺乏诚意等词语,说明如果H&M想要真实道歉,应该还是可以在中国市场挽回一部分损失。

但H&M未必会愿意这么做,毕竟H&M的主流市场还是在欧美,如果H&M做出了对新疆和新疆棉花以及对中国消费者的诚意道歉,表明立场,那么他们就得罪了欧美市场。

H&M想脱离中国市场,骨子里肯定是不愿意的,但他们没得选。从目前的形势来看,即便我们给H&M机会,H&M也未必敢要,H&M显然只能2选1。

所以,H&M之所以会有此次如此空话连篇的声明,也是不得已而为之,他们不是不想道歉,而是不敢道歉。

有网友说:“夏天到了,就让H&M破产吧!”笔者想说,虽然H&M全球破产的可能性不大,但中国市场我们还是可以做主的。大家说呢?
#中棉协邀请国外行业协会赴新疆调研#


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