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假如光速慢下来

2024-04-17神们自己

中学生天地(A版) 2024年3期
关键词:光速核聚变黑洞

神们自己

宇宙中光速最快,可达30万千米/秒。假如光速慢下来,慢到只有10米/秒,世界将会变成怎样呢?

跑步奇遇记

当你在这个奇妙的世界里跑步时,会发现周围的房屋和街道都在发生形变。在你加速奔跑时,这种形变现象会更加明显——在视野中心的物体逐渐变小并看起来越来越远,而原本看不见的物体则渐渐映入你的视野边缘。这是不是很神奇?

当你在这个世界里跑步时,不仅物体的形状会发生变化,物体的颜色也会发生变化。你有没有留意过这样的现象:从远方疾驶过来的消防车警报声会变得越来越尖细,而当它离你远去时,警报声会变得越来越低沉。这就是奥地利物理学家多普勒在1842年首次提出的“多普勒效应”:当声源向你靠近,声音就越尖锐,反之则越低沉。光与声其实都是一种波,也就是我们平时说的“光波”和“声波”,所以光也有相似的表现:当物体离你越近,颜色就越蓝,反之则越红。

当你在这个世界里跑步时,迎面走过来一个熟人,你向他挥了挥手。奇怪,这家伙今天走起路来怎么慢吞吞的?不对,他所有的动作都变慢了!没错,爱因斯坦的相对论告诉我们:速度会减缓时间的流逝!当速度接近光速时,时间变慢的效应会尤其明显。

别忘了,速度是相对的。当你跑步的速度接近光速时,他相对你运动的速度也接近光速。在他眼里,你的动作也变得慢吞吞了,你挥一挥衣袖,衣袖在空中停留。你们都觉得自己很正常,你们都觉得是对方变慢了。这怎么可能呢?

其实这就是相对性。打个比方:如果你的朋友从远处走来,由于近大远小,他在你眼中会变得很小。同样,你在他眼中不也是这么小吗?你们都觉得自己身材正常,是对方变小了。但其实,谁都没有变小。

世界变慢了

这个世界并不只是在你跑步的时候和以前不一样了。当你跑累了,掏出手机想消遣一下,会有更惊人的发现——网上不去了。

不是卡,是完全上不了网。不仅你上不去,这个世界的所有人都上不去。这是怎么了?

你的手机没坏,APP也没坏,APP所在的服务器也没坏——是光速“坏”了。

在这个光速只有10米/秒的世界,通信和信息传输的速度会受到极大的影响。例如,现实世界的光纤互联网带宽可达每秒千兆,但在光速降低的设定下,这种速度将被大幅降低。科学家和工程师需要重新设计通信设备和协议,以适应这种低光速环境。

不管怎么设计,你的上网体验都再也回不到从前。爱因斯坦指出,光的传播速度在任何参照系下始终是恒定的。这意味着在新的世界里,任何运动物都不可能超过光速。光速变慢影响的网速,不仅限制了带宽,还导致了延迟。举个例子:上海到北京1000多千米,你在上海打开手机里的APP,它连到北京的服务器至少需要1天时间,服务器收到请求再把数据发给你,又需要1天时间。也就是说,从你打开APP到手机屏幕上出现内容,至少需要2天时间。

不存在的慢世界

我发现,自从来到这个慢世界,我的身体越来越好了。所有电子设备都近乎瘫痪,我花在电子设备上的时间越来越少,跑步健身的时间越来越多。再也不用赶汽车了,因为汽车的速度和我跑步也差不多。我昂首阔步地在大街上跑步,一边享受着各种奇异的风景,一边向行动迟缓的路人挥手致意……

就在这时,我醒了。

物理学告诉我,如果光速真的变成10米/秒,这个慢世界根本就不可能存在,甚至整个宇宙都不一定会存在。

光速和很多物理规律密切相关,光速本身就是这个宇宙的基础设置之一,牵一发而动全身。比如,宇宙的所有力都可以归纳为四大基本作用力:引力、电磁力、弱相互作用力、强相互作用力。其中,强相互作用力和光速成反比关系。

强相互作用力主要在原子核内起作用。它负责将质子和中子结合在一起,形成原子核,以及在更小的尺度上将夸克结合在一起,形成质子和中子。如果光速变大,强相互作用力会降低,导致原子解体;如果光速变小,强相互作用力会变大,核子之间的吸引力会增强,核聚变会越来越容易。太阳就是一个天然的核聚变反应堆,它把氢聚变成氦,在此过程中放出大量光和热。如果核聚变的门槛变低了,那么氢会直接聚变成重元素,放出的能量会远远大于现在,一个氦闪直接把地球弄没了都说不定。

但这都不是你需要操心的问题。因为当光速降到10米/秒,电子会被吸进原子核中,宇宙中的各种天体都会在剧烈的核聚变反应中发生超新星爆发。然后,它们会坍缩成中子星或者黑洞。

黑洞的史瓦西半径公式和光速的平方成反比。光速越低,天体就越容易变成黑洞。当光速低到10米/秒时,一个人都可以坍缩成黑洞。

你、我、地球上的所有人,乃至整个地球、整个太阳系、整个银河系,都在一片绚烂的超新星爆发的大烟花中,变成了光。

不是普通的紅光或蓝光,而是波长极短、频率极高的不可见光——伽马射线。

这个慢宇宙,最后只剩下了两样东西,伽马射线和黑洞。

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