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如果声速和光速一样快,这个世界会怎样?

事实上,声速有可能等于光速,至少在理论上是可行的。这个话题有时会出现在宇宙学的背景下。

宇宙学家喜欢把事情简单化。

对他们来说,几乎一切的东西都是完美的流体,可以用其压强和密度来表征,具体来说就是两者之比,即所谓的状态方程。巧合的是,如果将密度作为能量密度来测量的话,其单位(能量除以体积)与压强的单位(力除以面积)就变得完全相同(因为:能量=力×长度,体积=面积×长度)。所以它们的比值是一个没有单位的无量纲数。我们通常用字母

来表示。

对于日常经验中的大多数东西来说,

宇宙学家只是淡淡地把这些东西称为“尘埃”。你是尘埃做的,地球是尘埃做的,甚至大部分星星也是尘埃做的。

但也有例外。

对于辐射,或者一种非常热的,粒子以接近光速运动的气体(即所谓的极端相对论气体),我们发现

。想象一个内部由完美镜子组成的盒子,我们放一些光子进去让它们四处反弹时,它会推动盒子的侧面,即光是有压力的(辐射压)。事实证明,这个压强正好是其能量密度的 1/3。

的取值范围是多少呢?

equation?tex= 1%5Cleq+w%E2%89%A4%2B1

之间的任何值都可以。

如果

equation?tex=w%3C 1

会导致宇宙不稳定,如果

宇宙会违反因果律。

事实上,

equation?tex=w%3D 1

的情况是存在的,这是最大的负压,也是暗能量的定义。答主最近在以下回答中有进行过阐述:

宇宙膨胀还在加速,动力源泉在哪里? - 知乎 (zhihu.com)

回到本题。

在宇宙学家的简单世界中,声速的计算也很简单:

其中

是光速。

而刚才提到,在极端相对论气体中,

,所以有

是的,即使在充满辐射的盒子里谈论声速也是有意义的,因为压强的变化甚至会在辐射介质(或极端相对论气体)中传播。

可以看出,如果有一种

的“物质”存在的话,

就会有

即“声速=光速”。

这种介质被宇宙学家称为“硬介质”,它通常被认为是各种粒子或扩展引力理论的背景。

有的时候我们也管它叫做“时空”。

这意味着,如果有什么声音能以时空为介质传播的话,那这种声音的速度就能达到光速。

但常识告诉我们,声音是不能在真空中传播的。如果你在宇宙空间中,你什么也听不到。

除非・・・

除非这种声音能让时空本身也发生搅动。

是的,引力波就是这样的“声音”,它真的以光速传播,并且与声音做着几乎同样的事情:使它们遇到的东西来回振动。


至于引力波的声音是什么样的可以参照答主以下回答:

如果我被引力波击中会怎样? - 知乎 (zhihu.com)

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