为什么光速不可能被超越？

为什么光速不可能被超越？

在科幻作品中，光速宇宙飞船已经不再是什么新鲜事物了，但是想实现超光速却成为了一个令科学困扰的谜题。

即使在本可以天马行空的科幻小说中，也似乎成为了一把禁锢人类探索地外文明的“枷锁”。

比如在刘慈欣著名的《三体》小说中，想要征服地球的三体人，所在的半人马埃尔法星，相距地球只有4光年的距离，也就是光走4年即可以到达。

然而三体人明明已经造出了可以达到光速的星际舰队，却总体还是需要400年才能到达地球，相当于只用了1%的光速。

这并非小说作者为了后续有足够的时间，在地球上展现抵抗的精彩剧情，而故意给地球人增添的Buff，也不是作者不够严谨留下的Bug。

而是早在1905年，爱因斯坦就通过相对论告诉我们的结论：光速是极限且不可超越的定量！

相反我们通过日常实践感知，认为一定是绝对的“时间”和“空间”却可以增加或减小。

简单的说，就是本来在地球上对每一个人都一样的时间和空间，拿到宇宙的尺度上来看却大不相同，地球人经历的一秒和宇宙深处假设有一个人，所经历的一秒可能并不相等。

而引起这一偏差的原因便来自于不同的运动速度，越接近于光速的运动，这种在相对论中，被称为尺缩效应和钟慢效应的现象就会越明显，即时间不断变慢趋于静止，空间不断缩小。

不过这倒不是直接阻碍光速无法超越的原因，而是相对论中另一个质增效应给出的结论。

根据爱因斯坦的质能公式，就是我们最常见的E=mc²。

其中的C即代表爱因斯坦认为始终不变的光速，E和M分别代表相互关联变化的能量和质量。

再结合质增效应公式，物体的质量会随着运动速度的增加而不断变大。

而能量又与质量等价相关，所以运动速度越快所耗费的能力也越巨大，即使一个10克左右的物体，达到光速飞行时的质量也会变成30吨左右。

然而光速为30万公里每秒，质量再乘以光速，背后耗费的能量是天文级别的，更不要说硕大的星际宇宙飞船，一旦启动可能就要消耗整个星系的能量之和。

现实中光速是无法被超越的，为何在理论上也无法突破，爱因斯坦为何可以如“上帝”般断言？

当我们用爱因斯坦质能公式和质增效应，去解释物体运动速度接近光速时，会使得物体质量成千上万倍增加，背后耗费的能量更是会上亿数量级的增长，任何人造物体将会直接面临能量的禁锢，无法实现超越光速。

但是这一解释的前提是，我们已经承认爱因斯坦对光速的定义，并且是希望从实践角度突破光速。

然而矛盾的是，爱因斯坦对光速的定义就是极限和绝对不变的，就如同上帝造物一般，指点一番便定下了宇宙的规律。

那么这样的断言是否合理呢？毕竟光速不可变不可超越，时间或空间却可以随意扭曲，是绝对颠覆人类认知的。

而光速即使再快，能达到有30万公里每秒也是有限的，也并非在任何尺度上都是一瞬间达到，所以天文上才会用光年来作为距离单位，也证明了在足够长的空间内，光也是要“慢慢”跑的。

既然这样，在理论上超越光速就应该可以实现，虽然我们自身和造物不能超越光速，但是我们应该可以拿光速本身作文章。

比如让两束光相向而行，那么相对速度不应该就是光速的两倍吗？

或者相同的两辆汽车同时打开车灯，一辆静止一辆向前移动，在汽车速度的叠加之下，移动车辆的光速应该比不移动的快，这样不就相当于用一束光打败了另一束光，实现了超光速吗？

然而真相却让我们惊掉下巴，无论怎么折腾，光的速度都是维持不变的，光速似乎就像套上了一个“封印”一样。

尽管我们想用相对速度叠加的方式来超越光速，看上去并没有什么问题，这其实就是我们初中物理中常见的参照系问题，使用的方法其实就是伽利略变换，用在我们地球之上的宏观物理当中完全没有问题，这也是牛顿力学和经典物理告知我们的结论。

可是一切都在电磁学被提出，电磁波被发现之后产生了变数，并且直接引发了物理学的困境与争论。

电磁波的发现是如何影响物理学定律的？光无法被超越为何与之相关，爱因斯坦究竟做了什么？

我们知道现代科技社会最重要的基石之一是电。

当英国物理学家麦克斯韦，在1873年阐述了电与磁的关系，并提出了电磁波的概念之后，一个大胆的设想随之呈现：光其实就是一种电磁波。

并且根据其创立的方程公式，光应该和电磁波一样，不会因为相对的物质变化和坐标变动而影响速度。

这明显有悖于牛顿的传统物理学理论，所以为了解释这一现象，一种想象出来遍布在空间当中的物质“以太”概念被提出。

后继的科学家们认为，既然光和电磁波一样都属于一种波，就像水波需要依附水来作为介质传播，电磁波也需要依托一种物质作为介质。

可是这样看似完美的想象并不能令人信服，更何况在宇宙近乎真空的环境中，光依旧可以按照相同的速度传播，这一困境并没有得到有效解释。

直到荷兰物理学家洛伦兹，在1904年发现利用麦克斯韦的电磁方程，进行传统物理的伽利略变化时，通过对参考系的转变，发现了光在真空中速度不变的这一理论现实，进而推导出了洛伦兹变换。

之后爱因斯坦正是在这一理论成就的影响下，再结合法国数学家、天体学家庞加莱提出的，对于同一事物运动的同一事件，在不同参考系的影响下可能不会同时发生，这一几乎等同于哲学的同时相对性论断，横空出世般的提出了相对论原理。

不过爱因斯坦的相对论，也只是让光速不变和无法超越的原理听起来更加合理，却并没有从根源上解释出，光速为何不能被超越。

即使人类目前做不到，在微观中的粒子是否能做到？在天体天文的整个宇宙尺度是否能做到？还未可知！

毕竟人类对于整个宇宙的认知，还依旧只是九牛一毛都不到。

不过至少目前粒子对撞的速度已经非常接近于光速，只比光速每秒慢了3.6毫米。