超光速后会发生什么？研究表明：时间静止，从一维扩展到三维

发布者：静虚散人 2023-4-17 19:39

光速被认为是宇宙的极限速度，任何有质量的物体都无法达到光速。

但宇宙实在是太大了，即便我们突破了现有理论达到了光速，要去往距离我们最近的仙女座大星系，仍然需要两百多万年的时间。

所以我们唯一的办法就是提升速度，乃至超越光速。

虽然超光速听起来像痴人说梦，但它本身却是合乎逻辑且有可能发生的，那么当超光速发生时，会出现什么样有趣的场景？

近日来自华沙大学和牛津大学的一些理论物理学家表示，我们在超光速运动时可能会发现，原本只有一个维度时间在此刻多了两个维度，而原本三维的空间居然只剩下了一个维度，它听起来是如此的匪夷所思，却又实实在在的可以用现有理论解释。

因为在人类的视角里，无论距离多远，光总是在瞬间就能到达，直到1676年，丹麦天文学家奥劳斯.罗默利用木卫一的星蚀现象定量的估计出了光速，随着之后科技发展，测量方式不断被改进，光速的具体数值也在不断变得精准，直至今天教科书上的299792458m/s，四舍五入即每秒30万公里的速度。

光速是非常快，但宇宙这么大，神奇的现象数不胜数，凭什么说光速就一定是宇宙速度的上限？

这还要从光速不变原理说起，那时麦克斯韦发现了一个有点特别的光速公式，在这个公式中，右侧里的两个参数都是恒定的常数，这意味着左边的光速也是恒定的，和光速的光源方向和光源大小没有任何关系，光速任何参照系中都不会发生改变。

爱因斯坦也认同这个想法，并此为基准创立了狭义相对论，从狭义相对论推导出的动能方式表明了一个情况：当一个有静质量的物体被加速到光速时，所需的能量是无穷的，而无穷不允许在物理学中存在，因此超光速或达到光速都是不该也不可能发生的。

另一方面，爱因斯坦还发现要使光速在不同的参照系下保持不变，时间和空间就必然会发生变化，也因此打破了牛顿经典力学下的绝对时空观，过去人们认为，三维的空间和一维的时间是互相独立的。

不过需要注意的是，光速不可超越的基础是光速恒定原理和伽利略的相对性原理。光速恒定原理上面我们已经提到过了，相对性原理则可以简单的解释为物理学定律在一切惯性系中都适用且平等。

这一原理通常概括于低于光速运动的观察者身上，但它也并不排斥观察者在物理系统中以超光速运动的情况。

因此我们就有机会设想一下，当观察者在超光速运动的参考系中运动时会发生什么？

科学家惊讶的发现，原本和相对论对立的量子力学，在这时似乎有机会融合在一起了。

起初科学家设想了观察者在只有一个时间维度和一个空间维度版的时空中可能会遇到的情况，后来又拓展到了观察者在四维空间中的情景，研究人员认为，当观察者处于超光速运动时，原本拥有三个维度的空间将只剩下一个沿着粒子运动方向展开的维度。

而四维时空中的其他三个维度，全都让位给了时间，因为在超光速旅行者的眼中，粒子将会在三个不同的时间维度上独立演化，同时在处于常态化的我们眼中，粒子看起来就像在空间上的所有方向作同步运动。

这样的情景听起来过于奇特，我们需要知道在超光速旅行者的眼中到底发生了什么。为了更便于理解，研究人员对狭义相对论做了些许扩展，重新定义了速度和运动的概念，不过总的来说也没有过于激进，因为光速恒定的假设也被保留了下来。

这时再结合量子力学的叠加态原理，我们就能理解为在超光速旅行者的眼中，世界不再只展示一种可能，而是把几个可能发生的事件同时展现了出来，即粒子在同时沿着多条轨迹运动，而不是单一确定的一条。

此时的粒子只有用“场”才能对实体世界进行量化的描述，不再是我们认知中的点状。如果想再往下推导具体过程就变得困难了起来，因为这里几乎已经到了量子理论的底层假设，我们无法再对它更加深入的了解了。

新的研究成果表明，这种通过扩展的狭义相对论推导出的量子论解释力与量子场论的假设相符，且在由一维空间和三维时间组成的时空中也同样适用，假如它是正确的，或许有机会观察到对于我们而言超光速运动的粒子。