審核專(zhuan) 家:吳寶俊 理論物理博士、科普作家
9.58s,這是“飛人”博爾特的百米紀錄,可以說已經近乎是人類肉體(ti) 速度的極限了。但人類從(cong) 來沒有滿足於(yu) 此,對於(yu) 速度的追求,人類有著永遠用不完的激情。而在追求速度的道路上,人類的長處是發明創造和利用工具。
馬作為(wei) 古代的主要交通工具,其地位不可謂不重要,也出現了諸如日行千裏等形容速度飛快的詞匯。英國的研究人員根據在哈薩克斯坦出土的約5500年前的馬骨上有馬具痕跡的事實,得出了馬的馴化始於(yu) 5500年前的結論。
賽馬 來源|維基
1000米的距離,馬能跑進1分鍾,而人類的世界紀錄是2分11秒。也就是說,借助馬,人類實現了速度的翻倍!
然而無論是健步如飛抑或是策馬奔騰,終究都是生物的範疇。
伴隨蒸汽機的發明,人類邁入了蒸汽時代。這標誌著人類的工具開始擺脫畜力,進入工業(ye) 化時代。
早期火車結構原理 | 來源 維基
1804年,由英國人理查·特裏維西克製造的世界上第一部蒸汽機車進行了上軌測試,在經過多年的改進後,蒸汽機車的經濟效益才足以在商業(ye) 中進行應用。在經過了一係列改進之後,蒸汽火車從(cong) 最初的40km/h,達到了100km/h。無論是人類還是馬匹都需要休息,但是蒸汽火車隻要燃料充裕,可以跑上幾個(ge) 月。
在地麵上行駛,必然會(hui) 受到阻力。阻力包括兩(liang) 部分:空氣阻力和地麵的摩擦力。現代汽車的流線型車身,便是為(wei) 了降低空氣阻力對於(yu) 速度的影響,而輪子則讓人們(men) 從(cong) 滑動摩擦向滾動摩擦邁進。
汽車 來源 | 汽車之家
但無論如何去減少阻力,汽車終究行駛在地麵,也就總會(hui) 與(yu) 地麵的摩擦力密不可分。那麽(me) ,如果在那片蔚藍的天空中,能不能達到更高的速度呢?
1903年12月17日,萊特兄弟駕駛自行研製的飛機“飛行者一號”試飛成功,萊特兄弟的發明可以說是改變了世界,自此,飛行不再是鳥兒(er) 的專(zhuan) 利。
飛行者一號 來源 | sohu
萊特兄弟首飛時僅(jin) 僅(jin) 飛行了12秒,航程36.5米,時速隻有每小時10.9千米。但在40多年後,洛克希德星座號飛機二號機從(cong) 加利福尼亞(ya) 州飛往華盛頓特區的一次飛行隻花了6小時57分,便飛越了3700千米的路程,時速接近530千米。而如今的民航飛機,其速度大致在800km/h左右。
僅(jin) 僅(jin) 花費了半個(ge) 世紀的時間,人類便奪得了地球生物速度之最!但人類並未滿足於(yu) 此,哪怕是在天空中飛翔,也會(hui) 有空氣阻力的存在,但我們(men) 知道有一個(ge) 地方是接近真空的,那就是外太空!逃離地球表麵的想法就這樣進入了人類的腦海。
1957年10月4日,世界上第一顆人造衛星發射成功。它在拜克努爾發射場由一艘三級運載火箭發射。起飛以後幾分鍾,衛星從(cong) 第三級火箭中彈出,達到第一宇宙速度,進人繞地球飛行的軌道,96.2分鍾便可以繞地球1周。
第一宇宙速度速度約為(wei) 7900 m/s,即28440km/h,大約是普通民航飛機的36倍!
第一顆人造衛星 來源丨見水印
隨著時代的發展,越來越多的衛星被發射上天,得益於(yu) 越來越快、載重越來越大的火箭,人類也成功登月。而迄今為(wei) 止,人類最快的航天器是1974年發射的太陽神1號探測器(Helioses-1),它在1980年12月時達到96200m/s的相對地球速度。若以這個(ge) 速度繞地球一周,僅(jin) 需要不到7分鍾的時間!
但,這還不是人為(wei) 製造的速度極限。大家或許對粒子加速器都略有耳聞,那究竟能將粒子加速到多快呢?
眾(zhong) 所周知,信息傳(chuan) 遞的最快速度是光速,宇宙中任何信息傳(chuan) 遞都不可能超越光速。而在科學家的實驗室中曾經將質子加速到99%光速!光速是299792458 m/s。說來也不快,隻是在一秒之內(nei) 繞地球七圈而已。
關(guan) 於(yu) 光速的想象 來源 | 百度
那麽(me) 有沒有超光速的可能性呢?其實是有的,例如量子糾纏。
或許有些人會(hui) 被傳(chuan) 言誤導,說量子糾纏超越光速,從(cong) 而否定相對論。但二者並不衝(chong) 突,量子糾纏不能傳(chuan) 遞信息,所以並沒有違反信息的傳(chuan) 遞不能超越光速這一原則。而量子通信其實是為(wei) 了信息的保密,與(yu) 量子糾纏的超距作用沒有直接關(guan) 係。
來源 | 吳許東(dong) . 邏輯貝爾態的糾纏純化及測量設備無關(guan) 的量子安全直接通信[D].南京郵電大學,2020.
量子通信就是通過量子本身的特性,生成密鑰——或者更形象地說,就是一個(ge) 密碼本。雙方會(hui) 同時獲得一個(ge) 密碼本,一旦有人試圖去偷看這個(ge) 密碼本便會(hui) 被發現,而且這個(ge) 密碼本隻使用一次。
雖然人類已經能夠將粒子加速到非常接近光速了,但這離光速旅行還非常遙遠,要實現科幻電影中的星際航行,我們(men) 需要將宇宙飛船加速到接近光速,但這對於(yu) 目前的人類科學而言是不可能的事情。
然而,科學在不斷進步,兩(liang) 千年前還在地上奔跑的古人,又如何能想象到他們(men) 的後代已經成功漫步月球了呢?或許再過兩(liang) 千年,人類的腳步就已經征服那片遙遠的星空了。
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