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        假如光速慢下來

        2024-04-17 05:41:35神們自己
        中學生天地(A版) 2024年3期

        神們自己

        宇宙中光速最快,可達30萬千米/秒。假如光速慢下來,慢到只有10米/秒,世界將會變成怎樣呢?

        跑步奇遇記

        當你在這個奇妙的世界里跑步時,會發(fā)現(xiàn)周圍的房屋和街道都在發(fā)生形變。在你加速奔跑時,這種形變現(xiàn)象會更加明顯——在視野中心的物體逐漸變小并看起來越來越遠,而原本看不見的物體則漸漸映入你的視野邊緣。這是不是很神奇?

        當你在這個世界里跑步時,不僅物體的形狀會發(fā)生變化,物體的顏色也會發(fā)生變化。你有沒有留意過這樣的現(xiàn)象:從遠方疾駛過來的消防車警報聲會變得越來越尖細,而當它離你遠去時,警報聲會變得越來越低沉。這就是奧地利物理學家多普勒在1842年首次提出的“多普勒效應”:當聲源向你靠近,聲音就越尖銳,反之則越低沉。光與聲其實都是一種波,也就是我們平時說的“光波”和“聲波”,所以光也有相似的表現(xiàn):當物體離你越近,顏色就越藍,反之則越紅。

        當你在這個世界里跑步時,迎面走過來一個熟人,你向他揮了揮手。奇怪,這家伙今天走起路來怎么慢吞吞的?不對,他所有的動作都變慢了!沒錯,愛因斯坦的相對論告訴我們:速度會減緩時間的流逝!當速度接近光速時,時間變慢的效應會尤其明顯。

        別忘了,速度是相對的。當你跑步的速度接近光速時,他相對你運動的速度也接近光速。在他眼里,你的動作也變得慢吞吞了,你揮一揮衣袖,衣袖在空中停留。你們都覺得自己很正常,你們都覺得是對方變慢了。這怎么可能呢?

        其實這就是相對性。打個比方:如果你的朋友從遠處走來,由于近大遠小,他在你眼中會變得很小。同樣,你在他眼中不也是這么小嗎?你們都覺得自己身材正常,是對方變小了。但其實,誰都沒有變小。

        世界變慢了

        這個世界并不只是在你跑步的時候和以前不一樣了。當你跑累了,掏出手機想消遣一下,會有更驚人的發(fā)現(xiàn)——網(wǎng)上不去了。

        不是卡,是完全上不了網(wǎng)。不僅你上不去,這個世界的所有人都上不去。這是怎么了?

        你的手機沒壞,APP也沒壞,APP所在的服務器也沒壞——是光速“壞”了。

        在這個光速只有10米/秒的世界,通信和信息傳輸?shù)乃俣葧艿綐O大的影響。例如,現(xiàn)實世界的光纖互聯(lián)網(wǎng)帶寬可達每秒千兆,但在光速降低的設定下,這種速度將被大幅降低??茖W家和工程師需要重新設計通信設備和協(xié)議,以適應這種低光速環(huán)境。

        不管怎么設計,你的上網(wǎng)體驗都再也回不到從前。愛因斯坦指出,光的傳播速度在任何參照系下始終是恒定的。這意味著在新的世界里,任何運動物都不可能超過光速。光速變慢影響的網(wǎng)速,不僅限制了帶寬,還導致了延遲。舉個例子:上海到北京1000多千米,你在上海打開手機里的APP,它連到北京的服務器至少需要1天時間,服務器收到請求再把數(shù)據(jù)發(fā)給你,又需要1天時間。也就是說,從你打開APP到手機屏幕上出現(xiàn)內(nèi)容,至少需要2天時間。

        不存在的慢世界

        我發(fā)現(xiàn),自從來到這個慢世界,我的身體越來越好了。所有電子設備都近乎癱瘓,我花在電子設備上的時間越來越少,跑步健身的時間越來越多。再也不用趕汽車了,因為汽車的速度和我跑步也差不多。我昂首闊步地在大街上跑步,一邊享受著各種奇異的風景,一邊向行動遲緩的路人揮手致意……

        就在這時,我醒了。

        物理學告訴我,如果光速真的變成10米/秒,這個慢世界根本就不可能存在,甚至整個宇宙都不一定會存在。

        光速和很多物理規(guī)律密切相關,光速本身就是這個宇宙的基礎設置之一,牽一發(fā)而動全身。比如,宇宙的所有力都可以歸納為四大基本作用力:引力、電磁力、弱相互作用力、強相互作用力。其中,強相互作用力和光速成反比關系。

        強相互作用力主要在原子核內(nèi)起作用。它負責將質(zhì)子和中子結合在一起,形成原子核,以及在更小的尺度上將夸克結合在一起,形成質(zhì)子和中子。如果光速變大,強相互作用力會降低,導致原子解體;如果光速變小,強相互作用力會變大,核子之間的吸引力會增強,核聚變會越來越容易。太陽就是一個天然的核聚變反應堆,它把氫聚變成氦,在此過程中放出大量光和熱。如果核聚變的門檻變低了,那么氫會直接聚變成重元素,放出的能量會遠遠大于現(xiàn)在,一個氦閃直接把地球弄沒了都說不定。

        但這都不是你需要操心的問題。因為當光速降到10米/秒,電子會被吸進原子核中,宇宙中的各種天體都會在劇烈的核聚變反應中發(fā)生超新星爆發(fā)。然后,它們會坍縮成中子星或者黑洞。

        黑洞的史瓦西半徑公式和光速的平方成反比。光速越低,天體就越容易變成黑洞。當光速低到10米/秒時,一個人都可以坍縮成黑洞。

        你、我、地球上的所有人,乃至整個地球、整個太陽系、整個銀河系,都在一片絢爛的超新星爆發(fā)的大煙花中,變成了光。

        不是普通的紅光或藍光,而是波長極短、頻率極高的不可見光——伽馬射線。

        這個慢宇宙,最后只剩下了兩樣東西,伽馬射線和黑洞。

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