为什么不能超越光速？光速限制的本质到底是什么？

发布者：军中无细盐 2023-6-30 19:17

在很多人的固有思维里，光速不可超越，光速是宇宙中的速度极限，任何物体的速度都不可能超越光速。

其实这种观点并不严谨，光速并不是不可超越。当然，我并不是信口开河，科学是需要讲究证据的。

不过，要想超越光速，人类必须在一些特定条件下才能完成，说白了我们需要使用某些“作弊”手段才可以超越光速。

这个暂且放一放，后面会讲，我们先来说说为什么光速不可超越。

目前人类能创造出来的极限速度是在大型粒子对撞机中实现的，利用强大的电场不断让粒子加速。

比如说，强子大型对撞机中，可以让质子的速度达到0.9999999896倍光速，这个速度已经非常接近光速了，差别微乎其微。

但即便是再微小的差异，对于我们来讲也是难以逾越的鸿沟，不是我们努努力就能做到的，而是不可能做到的。

即便质子的速度如此接近光速，不过还有比质子速度更快的粒子，电子。我们都知道，电子的质量远小于质子，比质子的质量小一千多倍，所以科学家能把电子的速度加速得更快，速度仅仅比光速慢了每秒3.6毫米。

你可能会这样想？什么，仅仅慢了3.6毫米，再加把劲不就达到甚至超过光速了吗？刚才说了，不要小看这微小的差距，那是我们不可能突破的。

那么，为什么不能突破光速呢？

让物体不断加速，需要极大的能量，尤其是当物体的速度非常接近光速时，要想让物体继续加速，就需要更大的能量才行。

所以说，宇宙中的速度限制其实也是能量限制。科学家们发现，当微观粒子携带的能量达到一定量时，大自然就开始出手干预了，不让粒子的能量超过一个阈值，这个阈值就是5×10^19eV，也就是所谓的“GZK极限值”。

GZK极限，是以三位科学家名字的首字母来命名的。

如果一个粒子的能量超过GZK极限值，就会和宇宙微波背景里的光子发生作用，然后产生π介子，而π介子会消耗能量，大约为135Mev，消耗能量之后，粒子的能量就会降低到GZK极限值以下。

GZK极限值决定了无论多高的能量，都不可能让任何粒子的速度达到或者超越光速。

那么，如果将来某天，宇宙微波背景辐射随着宇宙加速膨胀而消失不见了呢？粒子在获得足够能量之后会不会超过光速呢？

并不会！因为随着宇宙的膨胀，粒子的能量会变得越来越低，波长会被无限拉伸，直到最终被拉伸到波长很长的无线电波。

当然，还有一种方式同样可以解释光速为何是宇宙速度极限，这种方式就是爱因斯坦的相对论。

从狭义相对论的质增效应来讲，随着物体速度变大，物体的质量也会变大。当速度无限接近光速时，物体的质量变得无穷大，想要让物体再加速，就需要无穷多的能量，整个宇宙的能量都做不到，显然这是不可能的。

还有，随着速度变大，时间和空间也会发生变化，因为相对强调时空结构并不是一成不变的。当速度无限接近光速时，任何遥远的距离都会近在咫尺，时间也会趋于静止。

也就是说，如果你以光速飞行，你所在的空间维度就会变成零，时间也会静止不动，这种情况是不可能出现的，因为零维度并不存在于我们的世界，在整个宇宙历史上只出现过一次，那就是宇宙大爆炸的瞬间，当时的奇点就是零维度，超出我们认知的存在方式。

所以说，以光速飞行或者说超光速飞行，在物理学上是没有实际意义的。

当然，你或许会说相对论万一错了呢？如果果真如此的话，那完全就是另一幅模样了。任何理论都是建立在假设的基础上提出来的，你完全有理由不相信相对论，但事实情况是，越来越多的证据支持爱因斯坦的相对论，而不是表明它是错的。

最后来说一下文章开头的问题：如何超越光速？

光速不可超越，其实是有条件的，那就是在本地空间，或者简单理解为同一个参照系内。比如说，我们经常说的虫洞概念，通过虫洞你可以瞬间跨越几千甚至上万光年的距离，你的速度看起来远超光速。

但这种超光速只是与虫洞外面的光速相比。如果有一束光与你同时穿越虫洞，你的速度就不可能超越光速。

还有就是著名的切伦科夫辐射，在核反应堆中会会发出蓝光，原因就在于，由于光在水里的速度会变慢，这就给了电子超越光速的机会。当然电子超越的并不是每秒30万公里的速度，只是超越了光在水中的速度，这个速度只有光在真空中速度的四分之三，大约，每秒22.5万公里。

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