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当物体突破光速时,会有类似音障的光障吗?

在地球上,当物体的速度突破音障时,将会发出巨大声响的音爆,并有可能在物体周围形成音爆云。那么,是否存在类似于音障的光障呢?当物体突破光速时,又会产生什么现象呢?

根据狭义相对论,真空光速c是最快的局域速度,物体或者有效信息的传播速度不可能突破光速,而且有静质量的物体还不可能达到光速。真空光速可以说是“光障”,没有物体可以突破,也没有人知道突破“光障”会产生什么现象。

不过,在某些情况下,“超光速”是存在的,并且也会产生标志性的现象,这就是切伦科夫辐射。

光在介质中的传播速度会放慢,例如,光在水中的速度为真空光速的75%。如果带电粒子(如电子、质子)在水中的传播速度超过0.75c,这就会出现突破“光障”的现象,产生光子震波,发出蓝色的切伦科夫辐射,这是一种短波电磁辐射。切伦科夫辐射通常出现在核反应堆中,这种现象可以用来研究高速运动的带电粒子。

需要注意的是,在切伦科夫辐射效应中,带电粒子所超过的光速是相速度,而不是波前速度。光在介质中传播时,由于介质中的电子会吸收光子进入更高的能级,然后电子又会辐射出光子,跃迁回原来的能级,这个过程需要经历一定时间,从而使光在介质中的传播速度看起来变慢了。事实上,光本身的波前速度是没有发生变化的。

另外,考虑到空间本身结构的膨胀速度,在空间中的星系相隔超过140亿光年之后,它们之间的退行速度会大于光速。这种“超光速”现象所造成的后果是我们永远也不可能观测到现在位于140亿光年之外的星系,因为它们在超光速远离而去,无论经过多长的时间,它们发出的都无法走完去往银河系的路程。

值得强调的是,星系也没有真的相对于背景空间做超光速运动。因为这种超光速现象是由空间本身结构的膨胀所引起的,而空间膨胀不会受制于狭义相对论。

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