對超光速遠離自己的天體發射訊號,對方能接收到訊號嗎?

時間 2021-05-29 22:30:49

1樓:小咖啡

1、先說能不能超光速的問題

首先,從整個(廣義)相對論角度,物體速度不能超越光速的準確表述是:

物體世界線區域性觀測者測出的物體速度是不能由 加速到 的

為什麼要這樣表述,因為在廣義相對論中,物體的區域性速度、某處觀測者測出的速度、座標速度,由於任意時空形態下選取的座標系所適配的時空度規的原因,這三者可能是不相等的

而不像狹義相對論研究的平直時空條件下的慣性座標系,由於閔氏慣性座標系的度規場是處處為 (非對角線元素為 ,不寫),可簡單證明上述三者是相等的

因此按照狹相動力學可簡單表述為,有質物體速度不能由由 加速到 的

想知道為什麼有質物體無法達到光速? - 小咖啡的回答 - 知乎

想知道為什麼有質物體無法達到光速?

回到前面,在任意形態時空任意座標系下,座標速度、某處觀測者測出的速度,都是有可能的

重力能使光彎曲,但是重力能加速光速嗎? - 小咖啡的回答 - 知乎

重力能使光彎曲,但是重力能加速光速嗎?

2、再說如果對超光速遠離自己的天體發射訊號,天體能否收到的問題

牛頓力學中,答案是否定的

若乙個較低速度物體去追乙個較高速度物體,必然是追不上的

但放在相對論中,這個問題就複雜了

為什麼複雜?因為樓主題設,天體超光速遠離,那這個超光速的速度應該指的是從發光觀測者測出的速度,前面說了,這個速度與度規是嚴重關聯的

因為宇宙是大尺度的彎曲時空,絕對不能簡單視為慣性系處理,所以才出現測出的天體速度可能超光速(樓主也許聽說過,由宇宙四維時空膨脹匯出的星系退行速度可能是超光速的,這個速度是測出的速度)

具體能否追上,就要計算,選定一座標係,看從觀測者發出的 的類光世界線與那個超光速天體的世界線在該座標系適配的度規場下會不會在未來相交,具體要計算,說不清楚,要看度規,因為宇宙中各處時空幾何是不同且複雜的,並且度規和座標系也有關係

不過,我要告訴樓主可能最難以置信的

其實這個問題,光能不能追上天體,也許與天體超不超光速沒什麼關係

我要告訴樓主,即使是平直時空中慣性座標系下,天體任意時刻瞬時速度都不超光速,但光還是可能追不上它

怎麼理解?我只舉乙個最簡單的例子,樓主是否系統學過相對論,要是系統學過,應該知道 座標系、安魯效應

看下圖這是乙個閔氏慣性座標系中的 座標卡, 座標系是勻變速運動觀測者的共動參考係,觀測者位於與該慣性座標系 軸相交於的那根雙曲世界線上。圖中每一根雙曲線表示 座標系中空間座標 固定的一根世界線,或者說是與這個勻變速運動觀測者共動的粒子的世界線,具體由座標變換給出(不寫了,樓主查資料)。

上述小寫 表示 系的空間座標,大寫 表示上圖閔氏慣性座標系的空間座標,下文也一樣

圖中的 座標卡有個神奇之處,就是每一根雙曲線,其漸近線都是斜率為 、過原點的那根 的類光世界線(虛線)

什麼意思?那根過原點的類光世界線,只能無限逼近任何一條雙曲線,而不會相交

也就是說,勻變速運動觀者永遠收不到虛線左邊區域座標位置發出的任何光訊號,包含虛線本身

可是勻變速觀測者的速度始終是小於光速的,神奇嗎

這正是相對論匯出的結果

進一步說,若從勻變速運動觀測者的角度分析,即在勻變速運動觀者的參考係中

存在乙個「事件地平線」,觀測者收不到該介面之外的任何光訊號

另外看看 座標系的度規( 忽略,只考慮水平方向):

可見在這個非慣性係中,各位置靜止物體的時間流逝速度都是不同的, 越大的地方,時間流逝速度越快,越靠近那根穿過原點的類光漸近線的雙曲線( 越小),時間流逝速度越慢,剛說的「事件地平線」( )的位置,固有時不流逝

上面這些性質,樓主想起很類似什麼沒有?

黑洞事件視界

可以這麼說,由於選擇了勻變速運動參考係,由於座標變換的原因,變換出了乙個視界

只不過這個視界,不是像黑洞彎曲時空產生的本質的視界,那種視界是無論選擇任何座標系都不能消除的,也叫因果視界

而這種視界叫做座標視界,在勻變速運動的飛船觀測者遠處,存在乙個座標視界,飛船觀測者收不到該視界背後的任何光線,視界背後的事件與飛船觀測者不會發生任何因果聯絡

回答完了,樓主你問能否追上,不僅是速度的問題,還有可能是做何種運動,若是變速運動,有可能速度始終小於光速,但光就是追不上,這是非慣性係的特性,可能存在座標視界

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