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思想实验构建超光速假象:或助揭开宇宙奥秘

导读: 据物理学家网站报道,在近日于西雅图召开的第225届美国天文学会会议上,科学家们展示了一项实验,在该实验中他们创设出一种超光速错觉,而这一实验在未来或许将成为揭开宇宙奥秘的有力工具。

  据物理学家网站报道,在近日于西雅图召开的第225届美国天文学会会议上,科学家们展示了一项实验,在该实验中他们创设出一种超光速错觉,而这一实验在未来或许将成为揭开宇宙奥秘的有力工具。

  任何物体的运行速度都不可超越光速。罗伯特·涅米罗夫(RobertNemiroff)是美国密歇根理工大学物理学教授,他并不打算挑战这一事实。但他的确有一个主意,在某种情境下可以创造出让观察者误以为是超光速现象的错觉。所见不一定就是事实,但在这一具体案例中,这种想法却可能具有重要的实用意义。

  创设这种超光速假象的做法在原理层面上相当复杂,但在1月8日的会议期间,涅米罗夫利用几个简短的思想实验来对此进行了解释。

  举例来说,请想象有一个房间,天花板高度是50英尺(15.24米),宽度15米×15米。接下来,请想象你躺在这个房间的中央地板上,手里拿着一支激光笔,你将激光笔指向天花板,这样你就能在天花板上看到一个微小的光点。现在你将手里的激光笔沿着天花板从左向右划过。要完成这个动作,你只需要稍稍将你的手移动个几英寸的距离就可以了——但就在你做出这一动作的短短时间内,天花板上的光点已经移动了15米远。快速转动你的手腕,天花板上的光点可以很容易地在半秒内移动15米——这相当于每小时110公里。

  现在,将这一思想实验的规模大大扩展。请想象你所在的这个房间有几公里高,几公里宽。相应的,你手里的激光笔功率也大大增强。于是当你转动手腕,天花板上的那个光点就会很容易在一小时内运动数百公里。那么是否有可能,假如有一间足够大的房间,使得这个光点能以超过光速的速度运动?涅米罗夫指出这是可能的,并且在此过程中并不会违背任何的物理学定律。

  爱因斯坦的狭义相对论指出,一个物体(如一个光子)的运动速度看上去超过光速是不可能的。然而涅米罗夫的这项实验却并未打破这一物理定律,因为激光笔产生的是一束光束而不是单个的光子。这束光束中的任何一个单一光子的运动速度都没有超过光速,但从整体来看,它们却能产生出超光速运动的错觉。

  理解这种错觉实验的方式是想象一条电子行情纸带,我们都可以看到似乎文字正沿着水平方向移动。但这是错觉。事实上,这些文字是由一系列单独且位置固定的小灯泡发光组成的。因此从理论上说,是有可能出现其显示的文字移动速度超过光速的情况的,因为事实上并没有任何东西真的移动了。每一个灯泡的发光都是独立事件,它们只是从整体上给观察者造成了超光速现象的错觉。

  以上便是涅米罗夫思想实验的第一阶段。

  现在,请想象你将一束激光射入无边无际的宇宙空间。你将不会看到那个微小的光点,因为远处没有房间的墙壁。现在,请想象你正射出一束激光,其方向与一堵无限长的墙壁相平行。此时转动你的手腕,于是激光便会与墙壁相交。这束激光会在何处与墙壁相交?不可能是无穷远处,因为那样就将需要无穷大的时间。但与此同时这个交汇的点也不会在你身上——也就是说,这个交汇点应当是介于无限远以及你自己之间的某处。

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