自然科普:如果人能达到光速,将会看到什么?世界的颜色将变得不同
来源:科学信仰
发布时间:2022-08-11
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我们为什么能够看到这个五彩斑斓的世界呢?因为有光。

我们之所以能够看到事物,本质上就是照射到物体上的光又反射进我们眼睛的结果。举个例子,我们无法看到黑洞视界之内的情况,就是因为在黑洞视界之内,逃逸速度超越了光速,进到黑洞视界之内的光没有办法再次出来,所以那里自然也就变成了一个不可见的世界。光是由光子所组成的,而光子作为基本粒子,是客观存在的物质,因为没有静止质量,所以光有着宇宙间最快的速度,即每秒299792458米,任何拥有静止质量的物体都无法达到光速。虽然在现实世界我们没有办法追上光,但在思想的世界,却没有什么可以拦住我们,于是一个非常有趣的问题就产生了。

如果我们拥有与光相等的移动速度,那么我们所看到的世界将会有何不同呢?

我们生活在一个宏观低速世界,以我们的常识来看,如果我们以光速向前移动,那么所看到的世界将不会有任何变化,因为以光速向前移动只是使从前方来的光更快地进入我们的眼睛而已。而当我们以光速后退的时候,情况就截然不同了,从前方来的光永远也追不上我们,所以我们就什么也看不见。真是这样吗?不,这听起来很合理,但完全是基于宏观低速环境下的常识所得出的结论,事实并不是这个样子的。说到运动速度,我们总要选择一个参考系,那么光速的参考系是什么呢?

我们将一只足球向前踢,球以每秒5米的速度向前飞去,这里的“每秒5米”显然是以踢球的我们作为参考系的。

那么光也是以光源作为参考系的吗?看似理应如此,实则却并非如此。在宇宙中存在着很多双星系统,它们是由两颗相互绕行的发光恒星所组成的,在我们的视角来看,这两颗相互绕行的恒星总是有一颗在离我们远去,而另一颗在向我们奔来。如果光速是以光源为参考系,那么双星系统中两颗恒星的光到达我们眼前的速度就会不断发生变化,所以在我们看来,双星系统的绕行轨道也应该是不断变形的,但实际情况是这些轨道都非常稳定,并没有什么变化。

所以光并不是以光源作为参考系的,对此爱因斯坦进行了大胆的假设,那就是光速并不是针对于单一参考系而言的,相对于任何参考系来说,光速都是每秒299792458米,恒定不变。

由此可见,即使我们的速度达到了光速,光相对于我们而言,其速度依旧是每秒299792458米,不管我们是前进还是后退,我们所看到的一切都不会变化,更不会出现因高速后退而眼前一片漆黑的情形。不过,人若是真能以光速运动,所看到的世界也不会一点变化都没有,至少在颜色上是会有所不同的。

大多数人都听过火车鸣笛,也许你已经注意到了这个现象,那就是距离相同的情况下,向我们驶来的火车,笛声更加响亮,而向远方驶去的火车,笛声则要低沉一些。

这是为什么呢?声音以声波的形式来进行传递,既然是波,就拥有三个属性,即波速、波长和频率。在火车向我们驶来的时候,鸣笛所产生的声波会受到正在前进的火车的挤压,于是波长变短了,但声波的波速是保持不变的,所以波长变短,频率就会增加,这就使得笛声在进入我们的耳朵时出现了变化。当火车向远离我们的方向驶去时,情况恰好相反,这就是火车驶来时和驶去时笛声不一样的内在原因。这是奥地利物理学家多普勒所发现的,所以又称多普勒效应。

光具有波粒二象性,也就是说光即是波,也是粒子。

既然光是波,自然也就遵循多普勒效应,所以当我们以接近光速的速度前进时,光的波长会受到压缩,而不同的波长又代表着不同颜色的光,波长越短,光就越趋近于紫色,所以我们眼前的世界将会发紫,这种现象又被称之为“蓝移”。反过来,如果我们以接近光速的速度后退,那么光的波长将会被拉伸,波长越长,光就越趋近于红色,所以我们眼前的世界将会发红,这种现象就被称之为“红移”。当然,这是说我们的速度还处于可控的范围内,如果我们的移动速度还可以无限提升,那最终我们可能就真的什么都看不见了,因为波长太短或太长,都会超出可见光的范围。



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