实现光速飞行的三种方式

粒子以接近光速的速度行进

狭义相对论表明，光粒子和光子，都能以每小时670616629英里（光速换算为时速的结果）的恒定速度在真空中行进。在这种环境下，这种速度很难达到，同时也不可能被超越。然而在整个空间，从黑洞到我们的近地环境，粒子实际上正在以难以置信的速度加速行进，有些甚至达到光速的99.9%。

美国宇航局的工作之一，就是试图了解这些粒子是如何加速的。研究这些超快的，具有相对论性质的粒子最终有助于在我们探索太阳系，或者执行登月任务的过程中提供保护，它们还能教给我们更多关于我们银河系附近的知识:目标明确的近光速粒子可能会在电子设备上飞行，而太多的粒子会在宇航员前往月球或更远的地方执行太空任务时对他们产生负面的辐射影响。

科学家提出了三种粒子加速方式。

电磁场

大多数将粒子加速到相对论速度的过程都是在电磁场作用下完成的，电磁场的作用力就像把磁铁放在冰箱上一样。电场和磁场这两个成分，就像同一枚硬币的两面，它们一起工作，以相对论速度搅动宇宙中的粒子。

电场和磁场可以增加和移除粒子的能量，从而改变粒子的速度。从本质上说，电磁场加速带电粒子，因为粒子总会感觉到电磁场中的一种力推动它们前进，就像重力会拉动有质量的物体一样。在合适的条件下，电磁场可以将粒子加速至接近光速。

在地球上，电磁场通常只被被利用在较小的尺度上，它被专门用来加速实验室中的粒子。在大型粒子对撞机和费米实验室中使用的粒子加速器，利用脉冲电磁场加速带电粒子，粒子的速度可以达到光速的99.9999896%。在这种速度下，粒子间会相互碰撞，从而产生巨大的能量。

磁性爆炸

磁场遍布太空，它们环绕着地球，横跨整个太阳系。它们甚至能引导带电粒子在空间中移动，使这些粒子在磁场中盘旋。

当这些磁场相互碰撞时，它们会缠结在一起。当交叉线之间的张力变得太大时，这些线就会爆炸式地断裂，并在一个被称为磁场重联的过程中重新对齐。一个区域磁场的快速变化会产生电场，从而导致所有伴随的带电粒子被高速抛离。科学家怀疑磁重联是粒子加速到相对论速度的一种方式。最好的例子是太阳风，它是来自太阳的恒定带电粒子流。

这些快速的粒子也会在行星附近产生各种副作用。磁场重联就发生在靠近我们的地方，太阳磁场会撞击地球的磁层（它对于地球来说是一种保护性的磁环境）。当磁重联发生在地球背向太阳的一侧时，粒子会被抛入地球大气层，就会发生我们称之为极光的自然现象。尽管方式略有不同，磁重联也被认为与木星和土星等其他行星有关。

很多人或许不知道，地球周围的空间不断地发生着巨大而又无形的爆炸。这些爆炸是扭曲的磁场造成的，这些磁场会断裂并重新排列，将粒子射向太空。

美国国家航空航天局的磁层多尺度航天器的设计和建造就是为了深入的了解磁重联的各个方面的信息。四个相同的航天器，不间断的围绕地球飞行，以捕捉正在发生的磁重联。分析数据的结果可以帮助科学家理解地球周围和宇宙中相对论速度下的粒子加速度。

波-粒子相互作用

粒子可以通过与电磁波的相互作用而加速，这种相互作用称为波-粒子相互作用。当电磁波发生碰撞时，它们的磁场会被压缩。带电粒子在波之间来回弹跳可以获得类似于一个弹力球在两个融合壁之间弹跳的能量。

这些类型的相互作用不断发生在近地空间，并导致粒子被加速到可能损坏宇宙飞船和卫星电子设备的速度。美国宇航局范艾伦探测器的任务，就是帮助科学家理解波-粒子相互作用。

波-粒子相互作用也被认为是一些源自太阳系外的宇宙射线形成的原因。在超新星爆发后，一个被称为冲击波的炽热致密压缩气体外壳从恒星核心喷出。充满磁场和带电粒子，这些气泡中的波粒相互作用可以以99.6%的光速发射高能宇宙射线。同时，波粒相互作用也可能是加速太阳风和来自太阳的宇宙射线的部分原因。

实现光速飞行的三种方式

总结一下，科学家提出的粒子实现光速行进的三种方式。第一，利用电磁场直接加速粒子；第二，利用磁场碰撞时发生磁重联，导致磁场快速变化，形成的电场会将粒子告诉抛出；第三，利用电磁波碰撞时的磁场压缩，引起电磁波和粒子之间相互作用。

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