【菜科解读】

人类历史上诞生了很多伟大的物理学家，如果让你给物理学家们做一个排名，你会怎么排？

每个人很可能都有不同的答案，但是不管如何排列，有两位大佬的名次应该位居前列，甚至稳居前两位，他们就是爱因斯坦和牛顿，他们堪称人类历史上最伟大的两位科学家。

牛顿不必多数，他提出的牛顿定律家喻户晓。

而爱因斯坦更是人人皆知，这四个字早已不仅仅是人名，更是智慧的化身。

爱因斯坦创建了相对论，同时也是量子力学的奠基人之一，而相对论和量子力学是现代物理学大厦的两大基石。

爱因斯坦创建的相对论被无数人知晓，相对论包括狭义和广义相对论。

狭义相对论是以光速不变原理和相对性原理提出来的。

同时，狭义相对论告诉我们，光速是宇宙中的速度极限，任何物体信息的传播速度都不可能超过光速。

相对论刚被爱因斯坦提出来时，并不被大众认可，因为它完全颠覆了人们对时间和空间的传统认知，甚至多数科学家都无法接受。

不过之后的一百多年时间里，越来越多的证据证明相对论的正确性，相对论也逐渐被大众接受。

不过，直到今天，仍旧有不少人不知道为什么光速是宇宙中的速度极限，还有一个问题，光是如何达到光速的？到底是什么东西让光达到光速的呢？

要弄清楚这些问题，我们首先需要了解著名的粒子标准模型。

19世纪末20世纪初，物理学家对微观世界进行了深入研究，一开始他们认为原子是组成物质的最小结构单元，原子是不可再分的。

不过著名物理学家卢瑟福做了一个简单的实验，用α粒子轰击金箔，正是这个实验让人们知道原子并非最小的微观粒子，它也有自己的结构，原子内部有一个致密内核存在，如今我们知道那是原子核。

之后，仿照卢瑟福做的α粒子轰击实验，物理学家们接连不断地做了很多类似的实验，结果不做不要紧，做过之后发现微观世界太热闹了，物理学家们发现了很多比原子更基本的微观粒子，数量达到上百种。

一时间，物理学家们也很头疼，因为他们不知道该如何对上百种微观粒子进行分类，后来经过不断分析探索，终于制定出了一套标准模型。

这就是粒子标准模型，这个模型看起来很完美，因为看似杂乱无章的上百种微观粒子在这套标准模型的安排下，变得井然有序。

具体是怎么分类的呢？实际研究起来是比较复杂的，这里就尽量用通俗简单的语言来讲述，科普的东西不需要太严谨，更需要通俗易懂。

简单来讲，宇宙万物都是由两种粒子构成的，它们分别是费米子和玻色子。

费米子是什么呢？打个比方就明白了，把一个物体无限分割下去，最后不能再分割的就是费米子，也就是不可分割的最小粒子。

费米子都遵循泡利不相容原理，也就是说，两个或多个费米子不能处于相同的量子态，这种特性让费米子之间产生斥力，让物质拥有一定的体积。

那么玻色子呢？玻色子就是“胶水”，把费米子粘结起来的胶水，这种胶水用物理学术语讲就是各种相互作用。

上面的解释可能还是有些抽象。

下面再举例说明一下。

组成质子和中子的夸克就是费米子，而胶子就是玻色子。

三个夸克通过胶子粘结起来，具体方式是，胶子可以在夸克之间传递强相互作用，把夸克束缚在一起。

同样地，中子和质子也是通过强相互作用粘结在一起形成原子核的，不过传播子并不是胶子，而是介子。

而原子核和电子通过光子传递的电磁作用组成了原子。

自然界有四大基本作用力，分别是强力，弱力，电磁力和引力。

这四种力量都有相应的传播子来传播。

强力通过胶子来传递强相互作用，弱力通过弱玻色子传递弱相互作用，电磁力通过光子传递电磁作用，而引力通过引力子来传递。

无论是胶子，弱玻色子，光子还是引力子，都属于玻色子的范畴。

到这里可能你会问：你说了这么多，和光速也没有什么关系啊！别着急，重点马上来了。

粒子标准模型看起来很完美，但有一个致命问题没有解决，基本粒子的质量到底从哪里来的呢？

根据标准模型，基本粒子应该都没有质量才对。

但是科学家们研究发现，基本粒子的质量99%以上都是来自强相互作用产生的束缚能，而能量和质量是等价的。

但是科学家们不知道剩下的1%质量哪里去了。

一位伟大的物理学家希格斯，提出了希格斯机制，该机制表明，宇宙中充满了希格斯场，而希格斯场的扰动就会形成希格斯粒子，正是希格斯粒子赋予了粒子以质量。

到底是如何赋予质量的呢？

简单讲，通过让粒子减速获得质量。

说白了，在没有任何阻拦的情况下，所有的粒子本来都应该以光速飞行，但实际上并非如此，因为大部分粒子都被希格斯粒子阻挡了，结果速度就慢了下来，并因此而获得了质量。

不过，光子是个例外，光子并不会被希格斯粒子阻拦，不会与它发生相互作用，所以光子本来的速度就是光速，而且一生下来就是光速，必须是光速，没有任何加速过程，也不需要任何能量来加速，它的静质量为零。

除了光子之外，胶子同样没有静质量，也是以光速飞行。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。

人类进入宇宙空间是趋势，未来可以超光速飞行？

怀特表示，一旦曲速宇宙飞船真正面世，只需两周便能到达距离太阳最近的恒星系南门二，南门二距离太阳约4.37光年远。

　　如此看来，因为生物学上与生俱来的脆弱性，我们是否会被永远地困在亚光速水平上?这个问题的答案将不仅关乎能否创造新的飞行速度纪录，也关乎人类这一物种能否进行星际旅行。

　　身体将成为短板　引力的方向都是垂直的，从头指向脚或相反，对于飞行员和乘客来说，这绝对是一个坏消息。

当引力为负值时，血液从人的脚部聚集到头部，导致头部出现肿胀的感觉(我们倒立时也会出现这种情况)，此时，人满脸通红，眼球充血。

反过来，当加速为正值时，血液从头部蜂拥到脚部，在极端情况下，人的眼睛和大脑会缺氧，从而出现视力模糊等症状，严重时可能会导致完全失明，这种情况在专业上被称为"加速度引起的意识丧失(GLOC)"。

　　一般人大约能承受从头到脚方向5倍重力加速度带来的影响，超出这一限度就会陷入昏迷。

而受过专业训练并穿着专业飞行抗压服的飞行员，则能在9倍重力加速度的影响下仍然意识清楚地操控飞行器。

总部设在弗吉尼亚州的美国航空航天医学协会的执行主管杰夫·斯文特克表示："短时间而言，人体能承受远超9倍重力加速度的影响，但如果持续时间过长，就很少有人能承受得了。

"　　所以，在未来提升宇宙飞行速度的同时，我们更多的是需要对宇航员的保护。

因为他们所承受到底耐力极限或将成为未来宇宙飞行速度的最终短板。