宇宙速度极限并不是光速,还有一个更严格的速度限制
所有质量不为零的粒子,都受到相对论的限制,只能保持在光速以下。然而,还有一个更严格的速度限制和能量限制,这个极限被称为GZK截止,它确保了粒子的宇宙速度极限比光速本身还要低。 如果想以最快的速度在宇宙中穿行,最好的办法就是将尽可能多的能量注入尽可能小的质量中。随着你不断地给你的粒子增加能量,它将更快地在空间中穿行,接近宇宙速度的终极极限:光速。无论你给这个粒子添加多少能量,你都只能让它接近光速,它永远也达不到光速。 但在我们现实生活中的宇宙,我们还必须接受它们是在真实存在的空间中穿行,而不是我们想象中的完整、完美的真空。粒子的实际速度限制不是光速,而是低于光速,即我们所说的GZK截止速度。 有两个事实结合在一起时,告诉我们现实并不简单:快速穿过宇宙的粒子主要是质子、电子、较重的原子核,偶尔也有正电子或反质子,所有这些粒子都是带电的。来自恒星、星系甚至大爆炸产生的光都是电磁波,可以很容易地与带电粒子相互作用。 阻碍带电粒子在宇宙中自由穿行的最大障碍实际是所有这些粒子中能量最低的部分:宇宙微波背景辐射(CMB)。在我们可观测的宇宙中,大约有10个CMB光子,它们是我们宇宙中最丰富和分布最均匀的量子类型。 在粒子低能量的情况下,会发生汤姆逊或康普顿散射:带电粒子和光子交换能量和动量,这是一种非常低效的从快速移动的粒子中窃取能量的方法。
但是一旦粒子达到一定的能量(比如常见的宇宙射线),这些光子对宇宙粒子来说显得足够有能量,以至于它们有时表现得好像它们实际上是由电子-正电子对组成的。一旦宇宙射线开始与电子和正电子发生碰撞,它们就会以更快的速度释放能量。在宇宙射线与电子或正电子的每次碰撞中,原始宇宙射线损失了大约0.1%的原始能量。然而,即使宇宙粒子运行了数百万或数十亿光年,这也不足以对粒子所拥有的总能量设置一个硬性上限。 然而,应该有一个上限。事实上,当粒子的能量超过了临界能量阈值时,它与CMB光子发生相互作用就会产生π介子,它将消耗每一个宇宙射线质子约20%的能量。对于质子,该限制能量为5×10电子伏特,这个能量值的截止点被称为GZK截止点,由三位科学家首次计算并预测的。 但在实际观测中,科学家可以观测到的宇宙射线的最大能量是预测值的10倍。这并不是理论错了,而是因为宇宙射线不只是高能质子,还有一些较重的原子核。 宇宙射线没有能量的极限,只有速度的极限:大约是光速的99.9999999999999998%。你的粒子是由一个质子组成,还是由许多质子和中子结合在一起组成,这并不重要。重要的是,在临界速度以上,与大爆炸遗留下来的光子的碰撞将产生中性介子,这会导致能量迅速流失。在几次碰撞之后,你将被迫下降到临界速度以下,这与观测和理论都一致。 |
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有哪些证据表明,我们的宇宙存在于黑洞内部?
这种辐射最初被称为原始火球,现在被称为宇宙微波背景辐射,它代表了我们的宇宙正在膨胀和冷却的关键证据,这幅大爆炸的图像似乎接近一个奇点,与在黑洞中心内部发现的条件相同:一个密度、温度和能量都非常极端的地方,第一个发现是宇宙暴涨。宇宙不是由奇点产生的,由一种快速、持续的、指数膨胀状态建立起来的。就好像有某种场提供了空间本身固有的能量,导致宇宙暴涨,只要宇宙暴涨和暗能量都存在,黑洞可能是答案。
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没有量子物理学,太阳就不可能发光
你可以确定太阳中的粒子必须具有多少能量,你可以计算太阳核心中质子之间发生何种类型的碰撞,并将其与实际使两个质子相互物理接触所需的能量进行比较。没有足够的能量发生核聚变。两个质子的波函数可以重叠。即使是没有足够能量来克服它们之间的斥力,也可以看到它们的波函数重叠,而这种重叠意味着它们可以经历一种小概率的量子隧穿。一旦两个质子形成(较难的部分),链式反应的其余部分就会很快进行。