不知道有多少小伙伴想过,既然光速是极限,有质量的物体是无法被加速到光速运动的,那么如果物质被加速到无限接近光速会怎么样呢?下面我从理论和实验两个角度来说明一下我的观点,我尽量通俗,您慢慢理解。
一、运动质量和静止质量一样可以弯曲时空
很多小伙伴都知道狭义相对论的一个结论就是速度增加会带来质量的增加,即物体具有运动质量。我这里就不拿速度质量公式出来装专家了,因为大家都知道这个著名的公式。
从公式里面我们大家可以看出,当有质量的物体速度在达到光速时,其质量可以变成无限大,这是速度质量公式告诉我们的一个结论。
随着物质的速度逐渐接近光速,其质量不断增加,我们从广义相对论可以知道,物质周围的时空曲率开始变大。注意这是一个迅速变化的过程,时空曲率的巨大变化的是什么东西呢?引力波呀。
这就是有质量物质在速度逐渐接近光速的过程中,第一个阶段,放射出能量的方式。即以引力波的方式释放出第一波的能量。
随着速度的继续提高,时空曲率进一步变大,还是要注意,这里不是静态曲率,而是变化的曲率,这个时候,真空量子效应开始显现,真空中会产生虚实粒子对,实粒子会释放出来,而虚粒子会落入曲率的中心,我们看到的结果就是这个物质开始释放出光子。
我们现在来总结一下这个过程:随着物质逐步接近光速,物质从开始释放出引力波,到开始释放出光子,并且质量逐步增加趋近于无穷大的过程,并最后变成一个黑洞。
二、加速器实验的观测证明
我们来看一下我国的加速器的实验,作为世界八大高能加速器中心之一的北京正负电子对撞机(BEPC), 是我国第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。
1988年10月16日凌晨,我国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机(BEPC)首次对撞成功,亮度达到8×1027/㎝2.s。
注意我这里加粗的字体,【亮度】,对就是正负电子对撞的时候出现的是强光。也就是说,这个实验说明了,物质在接近光速的时候会“发光”即辐射出光子。
再来看另外一个实验,人造黑洞。
2005年3月18日报道,美国布朗大学物理教授‘霍拉蒂·纳斯塔西’,在布鲁克海文国家实验室里利用相对重离子碰撞机,把大型原子的原子核(如金原子核子)加速到接近光速的速度并使其发生相互碰撞,产生了相当于三亿倍于太阳表面的温度。
这个利用原子撞击原理制造出来的灼热火球,恰好具备天体黑洞的显著特性。这时人类历史上,通过实验在地球上制造出了第一个人造黑洞。
纳斯塔西介绍说,比如:火球可以将周围10倍于自身质量的粒子吸收,这比所有量力物理学所推测的火球可吸收的粒子数目还要多。
可能说到这里,有的小伙伴会说,那是撞出来的,不是加速到光速出来的。其实这就是您的误会了,这时因为,让接近高速的粒子发生相互“碰撞”并不是我们理解的两个粒子之间的那种碰撞,而是时空结构的合并。
这个时候的状态,就是速度更高时候的特殊时空结构,从实验中我们可以看到,这个结构变成了一个类似黑洞的状态。
虽然我们不能在实验室把一个物质加速到无限接近光速,但是宇宙空间中有这种极限情况,发生这种现象时,产生一种叫做“相对论射流”的现象,目前已经被天文学家们观测到了。
结束语
从我们前面的理论分析和实验结果能够准确的看出,当一个物体的运动速度逐渐接近光速的时候,将给我们送上一幅壮丽的画面,如果我们有足够的观测设备,我们将看到一个连续变化的过程:它们将先辐射出引力波、接着发出耀眼的光芒(当然了也会有肉眼看不到的伽马射线),随后变成一个黑洞。
关于物质被加速到光速最后如何变化的问题,小伙伴们还有什么其他见解呢?欢迎您在下方的评论区留言参与讨论。