如果光速沒有上限,世界會怎麼樣?
【鏡像問題】如果普朗克常數為 0,世界會怎麼樣?
光的速度是已知的,其數值在日常生活中難以想像,但在宇宙尺度上卻十分渺小,以至於我們對遙遠天體的研究都受到了極大的局限。
那麼,如果光的速度沒有上限,既在發出的同時可從宇宙一端抵達另一端,或者形象一點說,站在宇宙這一端的人關了燈,宇宙那一端的人在開關關閉的瞬間就看不到光了。在這種情況下,世界會變成什麼樣呢?
17.01.15補充,無上限指光速為無窮大,不可任意變化。
如果僅考慮把物理公式中所有c趨於∞的話:
從經典層面考慮,貌似相對論的所有結果都退化成牛頓理論,其實並不是。值得注意,介電常數和磁導率與光速是相關的,因此光速無限大勢必導致磁導率和介電常數變化,宏觀世界想維持原樣不可能。至於分別怎麼變:我們姑且認為僅磁導率趨於0而介電常數不變,這樣下來庫侖定律還能成立,但變化的電場和電流不再產生磁場。因此,如果光速不為有限值,磁場會不存在。
量子層面,乍一看就用薛定諤方程好像沒問題。現在的物理學認為粒子是場的激發態,
當然在非相對性量子力學中仍然可以定義產生湮滅算符以及場算符,所以也沒太大問題。其實還是有問題,值得注意自旋消失了,因為並不存在什麼洛侖茲群,不存在什麼旋量表示,更不存在什麼狄拉克方程…費米子和玻色子的區別怎麼體現是個問題。沒有自旋對宇稱的貢獻,對稱性完全由空間波函數決定,那Pauli不相容原理也不適用了,原子結構全部都要變,很難想像這是個怎樣的世界。
總之,無論從任何層面說,光速沒有上限絕對不會使世界變成簡單的「宏觀低速」,而是徹底使其重構。
牛頓體系下光速是無限大的。
如果光速真的是無限大,需要以太存在。
此外,可以搜一下這兩個人:Jo?o Magueijo (Imperial College London), Niayesh Afshordi(University of Waterloo in Canada)。
他們認為,光速在變化,在宇宙誕生之初是無限大的。
另外可以參看variable speed of light (VSL) 模型。
除此之外,撇開波粒二象性:
閔可夫斯基把愛因斯坦的相對論在四維非歐幾何下用數學方法表達了出來,並且把時間與空間「統一」成了一個維度:
鏈接:Minkowski space - Wikipedia
在這一系列模型下,光速是個無維度的常量。這裡有人說得很詳細:How can the speed of light be a dimensionless constant? 因此,當光速無限大,宇宙會被拉伸到無限大。
從波爾半徑(~1/c) 到麥克斯韋方程(~1/c^2) 到布滿c的量子力學,當c無限大時,很多量會變成0。
如果換到高維,例如下圖著名的卡拉比–丘流形三維截面圖,弦理論常用的(大於10維的宇宙,M理論認為是11維)。極其微小的弦在不同維度不同頻率的震動,表現出我們看到的物質、光、重力(光子-&>電子-&>重力在該尺度下可轉換)等等。
這與一開始提到的variable speed of light (VSL) 模型有一定兼容性。
無法回答
第一個問題是,這樣的宇宙能穩定存在嗎?第二個問題是,這樣的宇宙能產生智慧生命去觀察這個世界嗎?
退一萬步講,假設存在一個對生命友好的光速無限的宇宙2(區別於我們的宇宙1),
我們宇宙1的人類也無法用任何理論去預測宇宙2的事件,無論宇宙1的物理多先進。畢竟自然科學說到底還是經驗科學。
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很多答主從現有理論,比如電磁學 相對論等等這些方面去開腦洞,我覺得方向就反了。
不該是 「如果c變了,其他參數會怎麼樣」
而該是「如果c變了,其他參數可以變也可以不變,但方程必須變」
這是第一性的問題,客觀世界想怎麼樣就怎麼樣,錯的永遠是理論。
要麼麥克斯韋方程組失效,要麼電磁波速有限(不等於光速),要麼電磁波不存在(但是光還存在這是為什麼呢)
因為真空電磁波速和真空介電常數以及真空磁導率有關,那麼…我們就要問這兩個誰是0的問題,如果介電常數是0,那麼空間中將最多有一個電荷(否則帶電粒子之間會因為無窮大的電場而瞬間以光速互相遠離/吸引,但帶電粒子是有質量的啊怎麼辦),如果磁導率是0,那麼空間中不會有磁場。
所以電磁波就不存在了么……
那光速是誰的速度啊?
嗯,那麼我們應該認為,這是一個電磁相互作用不存在的世界。
但是這樣的話,因為引力子具有無窮的速度,所以考慮兩個粒子之間交換虛引力子的過程……
要麼這是一個引力相互作用不存在的世界,要麼這是一個沒有量子力學的世界。
好爽,我要選第二個,這樣四種相互作用就只剩引力了。
但是沒有電磁相互作用的話,似乎沒有什麼可以對抗粒子合體的過程……那麼我們想像一下兩個粒子撞到一起……我覺得這是一個未定義行為。
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這有點讓人不爽呢。其實我們只拋棄電或者磁中的一個,就可以擺脫光速問題,那麼,更好的方法是,我們放棄磁,或者,我們放棄電並允許磁單極(這兩種做法實際上是一樣的),但是直覺上我們感覺,沒有相對論效應就不會有磁場,那麼我們還是放棄磁吧。
那麼在引力相互作用以外我們又有了靜電相互作用(沒有磁,電動力學和靜電力學規律就變得相同了),這樣我們用質量和電荷分布來描述粒子(m(x,y,z),q(x,y,z))。在這個基礎上氫元素的所有原子,包括我們的世界不存在的,比如H(65535)原子,都可以穩定存在了,但是中子和質子之間存在萬有引力,卻不存在斥力,那麼一個質子可以和任意數量的中子搞基,而隨著原子核質量的增加,電子軌道半徑會發生變化,變化程度取決於兩個常數的比值。
雖然基本粒子之間依然沒有碰撞體積(因為需要量子力學),但是因為靜電相互作用,原子之間的碰撞體積是存在的。但是在沒有量子力學機制的情況下能否形成穩定的分子,這就不好說了。謝邀。
沒有上限的光速肯定是一個好主意。今天的宇宙被有限的光速限制,是一個人類文明的牢籠,是一個「高位截癱的病人」,甚至是「一具膨脹中的死屍」。取消了光速的限制,宇宙就會回到牧歌式的「田園時代」。雖然現在無法做到,但是我們還是可以展望一下這個這個理想國宇宙的冰山一角。
首先,你會看到一個嶄新的夜空。在有限的光速下,你看到的天體都是它們在不同歷史時段上的影像。如果光速突然變成無限大,你會馬上看到它們現在的狀態:大多數星星的位置都會發生變化。像海山二和參宿四這樣的紅巨星可能只剩下了一團色彩斑斕的星雲,而正向我們衝過來的仙女座星系會變大很多。
圖片來自https://www.flickr.com/photos/ajannetta/6721470465
能源問題也會迎刃而解了。以太陽為例,現在落到地球上的太陽光是8分鐘以前離開太陽的。如果光速突然變成無限大,那麼8分鐘內太陽輸出的能量就會在一瞬間降落到地球上,估計給地球向陽面做一次徹底的消毒是綽綽有餘的。
(很多讀者在糾結上面這個「一瞬間」的問題。請注意「突然」兩個字,也就是說,本來還在路上慢慢走的所有光子都會瞬間同時到達地球)
圖片來自burning-planet
另外,遙遠的恆星們也紛紛表示要加入這次宇宙燒烤活動。在光速有限的條件下,它們的輻射能量能達到地球的部分微乎其微,這主要是因為宇宙空間的膨脹導致了來自遙遠恆星的電磁波產生紅移,能量密度降低的原因(宇宙中有哪些超出常人想像的現象? - Mandelbrot 的回答 - 知乎)。可觀察宇宙範圍之外的恆星遠離我們的速度超過了光速,所以它們發出的電磁波永遠不能達到地球。現在,無限大的光速讓所有恆星(無論多遠)發出的電磁波都能瞬間到達地球。
具體有多少顆恆星會報名參加燒烤宴會我們還不得而知,不過很可能是無窮多(宇宙是否有盡頭? - Mandelbrot 的回答 - 知乎)。你無論朝夜空中什麼方向看去,都會看見一顆恆星,也就是說,整個夜空亮如白晝。你也許指望星系中不發光的塵埃星雲能多少起到一點擋箭牌的作用,不過它們在吸收了大量輻射能量以後也會很快被加熱到恆星表面相同的溫度,然後代替它遮擋的恆星把能量送到地球上來。最後,地球也會獲得恆星表面相同的高溫。這真是一個「宇宙同此涼熱」的大同世界。
最為歡欣鼓舞的恐怕要數物理專業的莘莘學子了,因為在無限光速的前提下,現代物理學中很多令人抓狂的歪理邪說都被掃進了歷史的垃圾堆。
光速c其實並不只是光在真空中的速度,它還有很多其他含義,比如無質量的粒子的運動速度,宇宙中因果關係傳遞的速度等等。要是光速的值變成無限大,很多物理定律就要面目全非了。
比如,狹義相對論告訴我們,當物體高速運動的時候會出現鐘慢尺縮的想像,而變化的比例由洛倫茲因子決定:
不難看出,當c為無窮大的時候,洛倫茲因子的值為1,也就是說,狹義相對論已經沒有任何意義了。計算速度合成的的時候,我們只需要簡單的使用伽利略變換就行了。
由於類似的原因,廣義相對論也不再有效。總之,在宏觀尺度上,這是一個牛頓力學主宰的宇宙。
遺憾的是,量子力學這個更大的怪獸可能在很大程度上會倖存下來。不過誰知道呢?我們對微觀粒子的古怪行為還知之甚少,也許在更深的層次上它們和光速也有什麼聯繫呢。
我不知道質能轉換公式是否還能成立:E=mc^2。它意味著一丁點質量就能釋放出無窮大的能量。恆星和原子彈這樣的東西會怎樣工作?這已經超出了我有限的想像力。不過可以肯定的是,我們無法在對撞機中製造反物質了,因為它需要無窮大的能量。
另外,會不會有智慧生命來欣賞這個嶄新的宇宙也很難說,因為這個宇宙中應該不會有原子了。原子中電子的軌道半徑是和光速成反比的(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8E%BB%E5%B0%94%E5%8D%8A%E5%BE%84)。無限大的光速意味著電子軌道半徑為0。如果原子核還能存在的話,不同的原子核也許還能通過交換質子或中子進行另類的化學反應,從而孕育出生命(中子星會有冷卻的那一天嗎? - Mandelbrot 的回答 - 知乎)。
即使這個宇宙還能孕育生命,在他們眼中,這個宇宙也會大不一樣。這是因為,無限高速的光失去了一個重要的特性:頻率。這不難理解,不用任何時間就能到達,哪裡還有時間振動?我們通過光的頻率來辨別顏色,而在無限光速的宇宙中,生物恐怕只能看到一個灰度的世界了。
光子是傳遞電磁作用的粒子,電磁作用強度由精細結構常數決定,這個常數與光速有關,大約是1/137,光速無限大常數為0,電磁作用為0。
樓主這問題等於是問:「沒有電磁力的宇宙是什麼樣子」。
已知的普通物質形態都不存在了,大家變成暗物質?
根據愛因斯坦質能方程E=mc2, C無窮大,E也無窮大。一個充滿無窮大能量的世界。
看了樓上各位答案,我就吐槽兩點。
一個是說介電常數和磁導率至少一個為零的。光速有限是麥克斯韋方程的結論,如果光速無限大,只能說明麥克斯韋方程組是錯的,這難道不是簡單的邏輯常識嗎......由此得到的介電常數及磁導率與光速的關係也是不成立的,所以至少從這一點上,不能說明二者至少其一為零。
另外一個是看到好多人說質能方程,卻沒有人說光子能量的問題。都說光速無限導致一點質量可以釋放無限大能量的,難道是這個方程太有名了嗎......就算質能方程還成立,轉換也是需要條件的,也許這個設定下根本就不會有質能轉換。其實更直觀的問題應該說是光子的能量,E=cp,光速無限大,隨隨便便一個光子的能量就是無限大,還玩毛啊。
我不是很懂物理哈,據傳光速無限的話,從宇宙的誕生到終結,所需時間無窮小,或者說,不需要時間
因為有光速的限制,所以你做的因,不可能馬上成為果,才有世界。如果光速無限,那麼宇宙從開始到毀滅就是一瞬間的事情。
除了高票答案外似乎都是純屬開腦洞……
從電磁學就能得知,世界必須被重構,物質都不在是這些物質了。
此外光速無限意味著我們失去了長度的量度,必須有其它物理規律出現來重新定義長度,或者長度的概念不復存在。
而且相對性原理也會失效,或者以太重現,或者出現新的相對性原理,這個代價比磁場不復存在大多了。我對於能不能重建一個宇宙都表示懷疑。@Mandelbrot 大大的答案一向理論深厚,彷彿自己親手創造了宇宙那般。
每個答案都能做到生動有趣,在此表示感謝!
但是對這條回答,本人卻無法贊同。
質能方程告訴我們,
。
光速如果沒有上限,
一句話毀滅宇宙啊!
你也許會想起,
日本上空騰起的蘑菇雲,
是的,你想到了,
如果,那麼釋放的能量是無窮。
日本毀了,
地球毀了,
整個宇宙都毀了。
而且毀滅宇宙只要一秒鐘,
因為光速無窮。
不僅如此,
聰明的你應該想到了,
核反應可不只是原子彈和核電站啊,
放射性元素,
也是一秒鐘毀滅宇宙。
這還不夠,
每一顆恆星都可以。
換句話說,
的那個宇宙,
可能只能存在不到一秒種。
(調錯參數的程序員一定不是合格的上帝)
又或者,
那樣的宇宙如果能夠穩定存在,
它的物理定律一定和我們不同。
- 黑洞不存在;
- 遙遠星系之間的實現實時通信,外星人跟你微信聊天。
- 光的多普勒效應不存在,即沒有紅移藍移現象,甚至顏色都不存在;
- 摩爾定律不會遇到瓶頸,即計算機處理速度是無限;
- 相對論完全失去意義;
- 樓上 @Mandelbrot 大大說的,既對又不對。
不過上面這幾點都只是架空宇宙的推論,比皇帝的金鋤頭更不靠譜。
原因前面已經解釋了:
這樣的宇宙,要麼只能存在一瞬間,這幾條推論我們根本看不到;
要麼如果能穩定存在,那麼一定不是我們能夠理解的樣子。
民科腦洞勿輕信,只為博君一思。
光速調大沒什麼,只要對應的把各種涉及尺度的量(應該說是所有的量?)都調大,不至於使得一些必須的東西消失導致崩潰就行,但是你所想的這邊關燈那邊滅就不行了,因果效應必須要有時間差來傳遞。
光速無窮就洗洗睡吧!沒有速度上限就不會有時空間,就啥都不會有,就只有虛無。
高頻交易的主機就不用放在交易所了
這個問題要認真答,基本的方向就是推證一下如果光速是無窮大的,將會出現什麼情況。大家的方向主要是看可觀測的一些現象,我主要考察一下當我們的宇宙的光速是無窮大時,我們的物理理論可能是什麼樣的吧。
首先,前提是世界依舊正常,這句話很重要。
牛頓依舊會搞出《自然哲學的數學原理》,同樣的麥克斯韋會弄出麥克斯韋方程組,著名的第一朵烏雲來了,那就是麥克斯韋方程組可以導出電磁波在任意慣性參考系下的速度是一個常數。任何一本大學物理教材都會寫正是基於這個理論計算結果,麥克斯韋預言了光也是一種電磁波。
那麼我們的假定就開始起作用了,當我們假定光速是無窮大,顯然麥克斯韋那時候就不敢那麼牛掰,預測光也是電磁波了。畢竟光的速度如果是無窮大,實驗是測不出個毛線的。那麼電磁波就僅僅是電磁波,暫時不會有人把它和光聯繫起來。
永遠不會有人嗎?
一定會有人。
這是因為我們都知道,電磁波譜進入了一定的波長和頻率範圍內的時候,就成為了可見光
總會有實驗學家測量正常範圍內的電磁波譜,發現電磁波的這一性質,然後研究了半天,發現也不是有什麼東西碰撞才發出的光子,是這個波長範圍內的電磁波很可能就是光。但這基於一個假定,就是當光速可以為無窮大的時候,我們是可以正常的看見東西的。
要是所有的光的光速都沒有上限,意味著頻率也沒什麼意義,那麼我們看見的東西應該都是一個頻率的光反射的,或者是頻率(波長)隨機分布的光反射的...前者視野中都是一個顏色,後者誰知道能看見什麼鬼東西..反正這兩者哪一個都不是正常的世界。
所以為了世界能維持正常,只能假定光速是不定的。
這個時候理論學家會總結,電磁波是滿足波速為常數C時的空間中的電磁場的共同體,其中的一部分屬於可見光,不同頻率的可見光對應不同的顏色。也就是說,這時,光不再全部是電磁波,而是只有滿足速度為c的光才是電磁波。那麼,根據我們的假定,光速應該是可變化的,但是是沒有上限的,可以是無窮大,可以是c。
邁克爾遜-莫雷實驗很可能不會發生,因為如果人們之前就知道光速不是常數的話,是不會拿這個去實驗驗證以太是否存在的;如果人們以前測量到的光速都是一個速度,即可見光的速度,(也就是屬於電磁波的那一部分光,它們的速度是常數)利用電磁波譜中的可見光進行的邁克爾遜-莫雷實驗的結果不會有變化。前者的情況會一團糟,因為相對論是無法基於變化的光速給出來的,愛因斯坦一提出來就會被搞成民科;後者的情況要簡單一些,很可能說明在光速可以變化時,能被直接觀察到的只有速度為c的一部分,那麼歷史不會有什麼變化,愛因斯坦還是會提出狹義相對論,麥克斯韋也會早就知道光速的實驗結果,發出著名的預言。
而當光速可以變化至無窮大時,這兩種情況共同的解釋是,在可觀察的範圍內,光速是宇宙內的最大速度。
說幾個主要的結論吧:
1、除光子外,物體能加速達到的最大速度為可見光的光速。
2、相對論依舊會有,這是基於麥克斯韋方程組和電磁波的性質決定的,只是在提出來時有沒有發現光速可變而已。
3、很多人認為根據E=mc^2,原子彈摧毀力是無限的。這實際上是不對的,因為既然光速可變化,那麼智能公式應該對應的是給定條件下的光速。做一個合理的猜想,應該還是可見光速度。
4、至少是量子電動力學和相對論的範圍里,應該有更複雜的關於光子的機制。
真的要繼續下去嗎...再說下去就真的是民科了。
好處:打dota沒延遲;突破攝星如兒戲;外星人房地產業的春天;可觀測宇宙半徑為無窮;
壞處:GPS全蒙逼了。
嚴肅點:無非是速度變換的c全部換成無窮,結果呢,就相當於世界回歸了低速假設,完美和諧的牛頓力學。並不會造成時光倒流云云。因為有質量的物體依舊不能瞬移。。。當然你可以飛的飛快,所以才說星際旅行指日可待。
好像也沒什麼大不了的啊。普通人不一直生活在低速假設裡面嗎?對科學家來說很多事有著落了,比如晚上看看夜空,如果一片明亮沒有黑暗則證明宇宙無窮大,如果依舊有黑暗那麼可以觀測宇宙的邊了。
加速粒子不再增重而是越飛越快,結果就是沒法用做探針,沒法擊碎其他粒子,沒法搞基礎物理研究。。。。。。
廣義相對論一下尷尬了。時空彎曲?are you kidding? 光線說老子瞬移的,彎你妹,結果被掰彎的時空又被掰直了。沒有黑洞這種東西。反正就是一切都是牛頓公式搞定,簡直完美?
美死你!
這時候,你就徹底明白為什麼諾貝爾獎頒給光電效應了。
因為即使光速無窮,光依然可以有量子效應。光電效應依然是量子力學發展的契機。這個世界每次和諧都有一個不安分的國家來打破,它叫德國。
海森堡,波爾,薛定諤等人笑了:相對論墮入民科,但量子還是你大爺!
光速無窮下的量子力學是什麼面目?這絕壁是對理論物理水平的試金石。
答主挖了挖腦洞,尷尬的表示:好像還是現在這個德行.....如果光速沒有上限,世界會怎麼樣?
這裡有個高人,但其結論中涉及光速的理論誰先誰後我分不清。。
https://www.zhihu.com/question/54537854/answer/140607672?utm_source=com.google.android.apps.docsutm_medium=social
首先。。光速是一個常量,不是測量值,如果光速變了,我們現在的整個物理學甚至整個世界就不存在了。。。
任何一個基礎物理量的微小變化都會引起整個物理體系的重構,至於重構成什麼樣的世界已經是我們無法想像的了。
光速是更高層次 「某人」設置的常量,改了,可能閃退
那原子彈厲害了...
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