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宇宙速度极限并不是光速,还有一个更严格的速度限制

科学探索万象经验2023-05-08

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。