环球新动态：极限速度与光速

• 2023-05-23 03:02:32 来源：盒子里的密探

这是一艘人类幻想的光速飞船，拥有高续航、超快速、高性能的特点，唯一的不足就是不存在。

宇宙飞船CG

【资料图】

当然，即使我们造出了光速飞船也无法在宇宙自由穿梭，那么超光速飞船呢？

目前人类的认知速度的上限是光速，是否存在更快的速度？来看看，带你领略速度世界的神奇。

自然界的速度

首先，我们来看看自然界的动物们速度究竟有多快。

第一位出场的世界最慢的动物之一—— 海参 。

海参生活在海底，它们也经常出现在人类的餐桌上，是一种高级食材。

但是你知道吗？它们是非常容易被捕捉的，因为 速度极慢 。

海参身体结构

海参是地球上所有物种当中，爬行最慢的一类，它们通常每小时只能移动几厘米的距离，而且全靠水驱动。

这是因为海参缺乏真正的肌肉组织，它们的运动主要依赖于周围水流的推动和腕足的蠕动。

而它在海洋的“伙伴”——海星其速度也极为缓慢，两者相当。

海星——派大星的原型

与前两位相比，蜗牛的速度就要快许多了，我们常说某某某慢得像蜗牛一样，可事实上它并不算是自然界绝对垫底的存在。

蜗牛的行动速度取决于它们的体型、环境和行动方式。小型蜗牛可能会移动得更快。

蜗牛身体结构

在干燥的环境中，蜗牛为了 避免失水 会减慢移动速度，而在潮湿的环境中它们可能会稍微快一点。

一般来说，一只蜗牛的爬行速度大约在8米/小时左右，将海星等一众无肌海洋动物甩在身后。

而乌龟的速度则更快了，可以爬行60米/小时左右，可见乌龟也没有大家所说的那样不堪。

人类作为自然界的高等智慧生物，成年人奔跑的速度大约在10公里/小时左右 ，如果是人类“飞人”博尔特在不计体力的情况下全速奔跑，也不会超过40公里/小时。

可见，人类的力量是有极限，自然界比人类速度更快的物种太多了。

比如， 非洲猎豹 的速度可以达到110到120公里/小时，一旦全速奔跑起来，简直像一辆高速行驶的小汽车。

豹子与猎豹

不过，这对猎豹的负担非常大，体力消耗暂且不论，一旦全速奔跑的时候遇到“急刹车”的情况，将会对内脏造成不可逆转的伤害，就连骨骼都难以幸免于难。

对于这个速度，海洋生物表示不服，并派遣 旗鱼 出战，这类海洋生物的速度高达110公里/小时，是海洋中移动 速度最快的鱼类 。

它们之所以能够移动这么快，是因为旗鱼体形修长，身体呈流线型，同时还有强壮的肌肉帮助它们在水中加速。

旗鱼是顶级的掠食者，常出现在热带和亚热带水域，它们会使用长而尖锐的喙来猎食，利用 快速 游动 能力追赶和捕食小型鱼类和头足类动物。

旗鱼

旗鱼通常会进行短距离的加速追逐，每次只持续几秒钟，来获取足够的能量，与猎豹一样，不是持久型。

在看完一众陆生和海洋生物之后，天空霸主游隼表示，都往后稍稍。

游隼在平常的飞行速度只有120公里/小时，但是它们俯冲时候的速度是真的恐怖，达到了300多公里/小时接近400公里！

这是什么概念？接着往下看你就知道了。

人造物的速度

对于人造物，和介绍自然界的速度一样，我们从慢说到快。

一辆电瓶车的速度大约在30公里/小时，速度上限一般不会超过60公里/小时，以保证骑行者的安全。

你会骑电动车吗

与之相比汽车行驶速度一般在50公里/小时，而高速路上的汽车最低都是80公里/小时，最快可以达到120公里/小时。

不同国家的标准不同，德国高速限速为350公里/小时，这也是很多汽车能够达到的 极限速度 。

在这个速度下发生车祸，恐怕是吃席都找不到骨灰。

不过汽车和电瓶车都只能算是人造物当中，速度较慢的，属于“乌龟”一类。

高铁的速度稳定在300公里/小时，这和游隼俯冲的速度相当，游隼以血肉之躯肩比机器，大家现在知道是什么概念了吧！

游隼

我国按照这个速度运行的高铁里程超过1万公里，同时，高铁技术发展迅速，目前已经研究出超过600公里/小时的技术，跻身世界顶尖行列。

在高铁之上就要说到飞机了，作为人类远程的 最佳代步工具 ，其速度在200到4000公里/小时之间。

超过1000公里/小时就可以用音速来衡量，超音速通常出现在战斗机上，对人体的负担很大。

比飞机还快的就是 运载火箭 ，从这里开始我们就得用公里/秒来计算了。

想要脱离地球引力速度，就必须超过11.2公里/秒，也就是第二宇宙速度。

地轨运载火箭不脱离地球，其速度也就在7到11公里/秒之间，而地外运载火箭都超过了12公里/秒。

国产地轨运载火箭

这仅仅是运载火箭的极限，而不是飞行器的极限。

目前人类最快的飞行器是帕克探测器，最快以200公里/秒的速度接近太阳。

当然，这是借助了太阳的引力作用和天时地利，以人类目前的能源利用效率而言，航天器是很难自然达到这种速度的。

距离人类最远的飞行器是旅行者姐妹号，它是上世纪美国发射的两颗有去无回的探测器，上边搭载了一张1亿年都不会被损毁的唱片。

旅行者号上的唱片

宇宙的速度

尽管人类的科技如此先进，但是在宇宙的速度面前，仍旧微不足道。

地球围绕太阳旋转的速度是29公里/秒，太阳系围绕银河系旋转的速度约为250公里/秒。

然而，这仅仅是无穷大宇宙中的一角，银河系也一定在围绕着某个点旋转，只是我们未能确切地观察到，其速度更是恐怖无比。

从另一个方面来说， 第四宇宙速度 是逃离银河系的基本条件，约为110到120公里/秒，其上的第五宇宙速度更是要1500到2200公里/秒之间。

银河系结构如图所示

至于第六宇宙速度，暂时还无法确切计算出来，科学家猜测至少要接近光速才能达到！

在爱因斯坦的相对论当中，光速是宇宙物体速度的上限，大约为30万公里/秒，目前还没有观察到更快的速度。

相对论表明，物体的质量随着速度的增加而增加，直到物体以接近光速运动时，它的质量无限增大，因此需要的能量也无限增加。

所以物体不能超过光速运动，因为这将需要无限的能量，这是不可能的。

此外，光速也是电磁波传播的速度，这意味着光速是信息传输的最快速度，因此它也是宇宙中任何信息传输的上限速度。

光速

但在理论当中却存在超光速的例子，比如基于 超光速膨胀宇宙模型 ，现在宇宙的边界就在以超光速扩张。

再比如， 量子隧穿 效应也同样出现了超光速现象。

量子隧穿效应是指量子力学中一种非常基本的现象，即不受限制的粒子可以通过高于其能量的势垒。

换句话说，量子隧穿效应是说一个粒子可以在势垒中“穿过”去到它本应不可能到达的区域。

量子隧穿效应

由于粒子的波动性质，在势垒上方存在一个概率波，这使得粒子是可能通过跨越势垒，而不需要足够的能量或足够大的速度。

相对于经典力学而言，这种跨越确实显现了 超光速现象 。

总之宇宙的速度是神奇的，需要我们进一步的探索和发现。

参考资料

[1]、董晋曦.《光速与观测者运动速度相关的理论分析与实验证据》

[2]、张晓;王莉;吴平．《大学物理学学习指导》

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