除了光速，宇宙还存在速度限制吗？
说到宇宙的极限速度，我们第一反映就是真空中的光速，任何有质量的物体或者是包含信息的物体都无法达到这个速度，只能无限的接近。
这是物理学上的速度限制，也是宇宙自己的速度极限。20宿世纪初，爱因斯坦起首意识到了这个问题，而且他还提出，无论不雅察者处在如何的活动状况，我们看到的光速都是一个恒定的值。
固然这听起来几多有些诡异，但1887年迈克尔逊-莫雷尝试的成果就是这样，光速不变、无法达到和超越已经当作为了物理学上的正义。
可是在真实的宇宙中，环境加倍糟糕，因为还存在一个比光速还要低一些的速度极限，它的存在使得我们人类自己都无法实现无限接近光速这个小方针。
若是我们想要实现无限的接近光速，就起首要冲破这个障碍，这才是人类去往极限速度路上的绊脚石。
光速为299,792,458米/秒，这个速度是光在真空中的速度，除了光子可以达到这个速度外，还有胶子和引力子可以达到这个速度，因为这两种粒子都没有质量。
而夸克、电子（轻子）、中微子这些粒子都具有质量这个素质属性，且由它们构成的质子、原子、人类也具有质量，所以我们实际糊口中可以看到的所有物质在真空中都必需低于光速运行。
而那些无质量的粒子、波都必需在真空中以光速运行。那么我说的别的一个速度极限是什么呢？这要从真空说起。
我们一般认为宇宙真空那真的是“真空”，可是工作远没有我们想的那么简单，即使在宇宙的深处，真空中也包含一些当作分，本家儿要有以下三个方面：
真空中布满了低温辐射（CMB），也就是我们常说的微波布景辐射，它们来自于宇宙大爆炸后发生的高温辐射，颠末138亿年的冷却今后，今朝已经这些光子已经进入了微波波段。
且温度今朝只有2.7K，不外这些光子大量的存在于宇宙空间中，在您的身边也无处不在，密度为400个光子/cm^2。
真空中布满了中微子辐射（CNB），也就是我们常说的中微子布景辐射，这些中微子跟光子一样，也是从大爆炸期间发生的，它们的速度和光子十分接近，可以说无法区分，因为它们稍微有那么一点点质量。
它们也大量的充溢在空间中，不外它们为中性粒子，不介入电磁交互摆布，固然每秒钟有跨越数十亿的中微子在穿透我们身体，但我们对它们无感。
真空中充溢着星际介质，宇宙中有大量的物质经由过程引力在漫长的时候中凝集当作了恒星、星系这些物质布局，但还有大量的物质残存，它们充溢在星际空间中。
包罗一些尘埃、中性原子和被星光电离后的等离子体。
这里就存在一个问题，您看，我们人类要想缔造能量更高的粒子，也就是动能最高的粒子，或者是无限接近光速的宇宙飞船，它们都需要在空间中飞翔。
是以它们在飞翔的时辰城市不成避免地碰到空间中以上的三种物质。此中以微波辐射的光子影响最大。
因为这些光子在宇宙中的数目最多，且分布的很是平均，加倍主要的是，人类可以加快的高能量带电粒子或者是制造的超高速宇宙飞船，城市与这些光子发生彼此感化。
这种彼此感化就是我们人类在今后无限接近光速中碰到的极大障碍。
大型强子对撞机是我们人类今朝所能缔造最高速度的处所，可是在宇宙中还存在着一些自然加快器，它们的能量更大，所能缔造的粒子的速度更快，它们就是中子星和黑洞。
这两种天体是宇宙中的两端怪兽，它们不仅是宇宙中引力最大的处所，并且仍是磁场最大的处所，我们人类在大型强子对撞机中所缔造的磁场强度在它们面前的确就像是刚学会玩泥巴的小孩。
从中子星和黑洞中喷射出来的宇宙射线是人类有史以来发现的能量最高、速度最快的粒子。
大型强子对撞机中所缔造的质子速度达到了299,792,455米/秒，这半斤八两于99.999999%的光速，而高能宇宙射线的能量是对撞机中质子的3600万倍。
则速度为299,792,457.9999999999999992米/秒，十分接近光速，可是仍是低于光速。可是奇异的是，我们在地球上所接管到的宇宙射线中的质子能量（速度）大部门都集中在这个速度上，且不会比这个速度更高。
按理来说，这些宇宙射线应该可以无限的接近光速，它们会在分歧的数值上挨近光速，但事实上并没有，而是在这个速度上呈现了截止。
正如上文所说，宇宙的真空它不是真空，这些宇宙射线降生的时辰，它们的速度必定更快，加倍接近光速，能量更高，可是当他们在空间中飞翔的时辰与微波辐射中的光子发生了彼此感化。
固然这些光子的能量很是低，可是宇宙射线中质子的能量却很是高，当这些质子与光子发生碰撞的时辰，就会在E=MC^2中发生新的粒子，并从高能质子中窃取能量，降低质子的速度。
而宇宙射线中质子的这个极限速度对应了一个极限能量为5 × 10^19 eV，也就是说，当您缔造了一个质子的能量高于5 × 10^19 eV，那么它在空间中飞翔的时辰就会与光子碰撞持续的发生π介子。
直到质子的能量跌破或回到5 × 10^19 eV，这个能量就是宇宙中的能量极限，被称为GZK极限。GZK是三位物理学家名字的首字母，这个理论诠释了宇宙射线中粒子的速度为何呈现截止的问题，也诠释了粒子所能携带能量的极限。
我们今朝认为宇宙中的每一条宇宙射线、每一个质子、每一个原子核，包罗宏不雅宿世界的物体，都必需遵守GZK极限。
GZK极限所带来的速度极限比光速要低一些，我们无法跨过这个速度去无限的接近光速。例如，某一天我们在大型强子对撞机中缔造了能量高于5 × 10^19 eV的质子，速度达到了299,792,457.9999999999999992米/秒以上。
但可惜的是，这时的质子会大量的损掉能量，以很是快的速度跌破这个能量极限。所以说，我们人类在将来接近光速的途中，必定会碰到这样的困扰。
若是我们缔造了速度很是快的宇宙飞船，那么它也会和微波辐射中的光子发生彼此感化，导致整个飞船被销毁。
所以说穿越宇宙的所有带电粒子，包罗我们能看到的所有物质存在一个速度限制，它不是光速，而是一个比光速还要低一些的数值。这一切都是因为大爆炸发生的微波辐射造当作。
不外跟着将来宇宙的不竭膨胀，微波辐射中的光子会持续的冷却，由它造当作的速度极限会不竭的上升，迟缓的接近光速。
但需要注重的是，微波辐射中的光子并不会在某一天消逝不见，它只会越来越冷，它一向都将是人类无限接近光速路上的绊脚石。
- 发表于 2020-06-16 02:00
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