我們都知道，宇宙存在光速限制，任何物體的速度都不可能超過光速。但是不知道你有沒有深入思考過，為什么光速不能被超越呢？

簡(jiǎn)單來講，光速限制是愛因斯坦的相對(duì)論中的一個(gè)基本原理，也可以理解為是一種前提，如果物體的運(yùn)動(dòng)速度超過了光速，意味著相對(duì)論就是錯(cuò)誤的，就被推翻了。但是相對(duì)論歷經(jīng)一百多年仍舊屹立不倒，說明這個(gè)基本前提是靠譜的。

不過，我也知道，這種解釋簡(jiǎn)直太小兒科了，而且邏輯上似乎有些問題?？雌饋砗孟袷且浴跋鄬?duì)論是正確的”為前提倒推出來光速是不可超越的，似乎有點(diǎn)霸道不講理，當(dāng)然不能讓所有人心服口服。

給人的感覺好像是這樣：如果光速被超越了，相對(duì)論就錯(cuò)了。所以為了保證相對(duì)論是正確的，光速就一定不能被超越。

那么接下來就讓我們一起來走進(jìn)相對(duì)論和光速的世界，為何說光速是不可超越的。

相對(duì)論誕生的基礎(chǔ)就是對(duì)時(shí)間和空間的顛覆性認(rèn)知。在我們的傳統(tǒng)思維里，時(shí)間就是時(shí)間，時(shí)間與空間沒有任何關(guān)系。通俗來講就是時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，兩者毫無關(guān)系，這也是牛頓經(jīng)典力學(xué)體系下的絕對(duì)時(shí)空觀。

但是到了愛因斯坦這里，就完全不一樣了，他提出了相對(duì)時(shí)空觀，任何時(shí)間和空間不僅僅是相對(duì)的，而且兩者是有機(jī)的整體，是不可分割的。任何把時(shí)間和空間分開討論的行為，其實(shí)都是沒有意義的。

也就是說，時(shí)間和空間不能單獨(dú)存在，兩者必須同時(shí)存在。時(shí)間和加上三維空間就組成了我們所在的四維時(shí)空。

舉個(gè)通俗的例子就明白時(shí)間和空間為何必須同時(shí)存在了。

你計(jì)劃明天與心愛的女孩約會(huì)，讓關(guān)系更進(jìn)一步。你肯定會(huì)提前告訴女孩約會(huì)時(shí)間和地點(diǎn)，也就是時(shí)間和空間。如果你只告訴女孩“明天上午10點(diǎn)約會(huì)”，而沒有告訴她地點(diǎn)（也就是空間），這樣的約會(huì)就沒有任何意義。反之也是一樣，如果你只告訴她約會(huì)地點(diǎn)，而沒有時(shí)間，同樣沒有意義。

但對(duì)于很多人來講，單獨(dú)理解時(shí)間或空間都不是什么難事，但是對(duì)于“時(shí)空”的概念總是充滿了各種疑惑，很難想象出時(shí)空到底是什么模樣。

事實(shí)上，很多人正是卡在了對(duì)“時(shí)空”的理解上，沒有理解相對(duì)論體系下的時(shí)空到底是什么概念，所以無法真正理解相對(duì)論的精髓，以至于本能地排斥相對(duì)論。

如何理解時(shí)空的概念呢？簡(jiǎn)單來講就是，宇宙萬(wàn)物時(shí)刻在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)，而不是在時(shí)間或者空間中運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闀r(shí)間和空間是不可分割的，你不可能逃離時(shí)間然后在空間里運(yùn)動(dòng)。

這點(diǎn)看起來很容易，但要想真正理解其中的含義卻并不簡(jiǎn)單。

我們平時(shí)所說的速度只是都是指空間的速度，其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，甚至?yán)格來講是沒有意義的。但為什么我們還會(huì)這樣說呢？

拿我們平時(shí)的跑步來舉例說明。比如說，你百米速度是15秒，也就是每秒大約不到7米。這個(gè)速度通常指水平方向的速度，因?yàn)槲覀兌紩?huì)選擇在地面上奔跑。

實(shí)際上，空間有三個(gè)維度，通俗來講就是“長(zhǎng)寬高”，日常生活中任何物體的速度都是這三個(gè)維度的速度疊加之后合成的，這一點(diǎn)很好理解，初中數(shù)學(xué)水平就能理解。

用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)來描述就是：物體在空間里的速度就是在三個(gè)維度運(yùn)動(dòng)的合成速度。最終的速度可大可小，比如說你奔跑的速度是每秒7米，高鐵的速度能達(dá)到每秒100米，這種速度有大有小的現(xiàn)象太常見了，我們也絲毫不會(huì)在意，因?yàn)檫@就是我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)：宇宙事物有千千萬(wàn)，不可能都保持同樣的速度，就像是不可能每個(gè)人同樣富裕一樣，總會(huì)有窮人和富人之分，即便是都是富人，也會(huì)有等級(jí)之分。

看到這里，愛因斯坦有話要說了：NO，你們都錯(cuò)了，宇宙萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)速度都是一樣的，不僅僅都是一樣的，而且都是以光速運(yùn)動(dòng)！

看到這里，你可能會(huì)一臉懵逼，甚至想罵街：你瘋了吧？博爾特的百米速度剛剛超過每秒10米，你竟然說“萬(wàn)物都以光速運(yùn)動(dòng)”？

再回味一下之前我所說的“我們平時(shí)所說的速度其實(shí)都是指空間上的速度”，你可能意識(shí)到了什么。

因?yàn)?strong>空間和時(shí)間是一體的，當(dāng)物體在空間里運(yùn)動(dòng)時(shí)，肯定也會(huì)在時(shí)間維度運(yùn)動(dòng)。也就是說，嚴(yán)格來講，萬(wàn)物是在時(shí)空里運(yùn)動(dòng)，而不是在空間里運(yùn)動(dòng)。

“時(shí)空”和“空間”，一字之差，卻會(huì)帶來完全不一樣的結(jié)果。

剛才我所說的“萬(wàn)物都以光速運(yùn)動(dòng)”，具體來講就是“萬(wàn)物都以光速在四維時(shí)空里運(yùn)動(dòng)”，而不是“萬(wàn)物都以光速在空間里運(yùn)動(dòng)”！

通俗來講可以這樣理解，每個(gè)人的運(yùn)動(dòng)速度有兩個(gè)方向，分別是空間維度的速度，還有時(shí)間維度的速度，而最終的運(yùn)動(dòng)速度是這兩個(gè)維度速度的合成，結(jié)果就是恒定保持光速不變。

看到這里，或許你開始進(jìn)入狀態(tài)了。

用白話來講就是，物體在時(shí)空中的速度是由空間上的速度與時(shí)間上的速度共同決定的，如果物體在空間上的速度越快，那么在時(shí)間上的速度就會(huì)越慢。反之，如果物體在空間維度的速度越慢，時(shí)間維度的速度就會(huì)越快。

但無論空間和時(shí)間上的速度快或者慢，最終都不影響最終的合成速度，那就是光速。

這里有兩個(gè)極端情況。

第一個(gè)極端，物體在空間維度的速度為零，也就是我們通常所說的“靜止不動(dòng)”。那么，既然空間上的速度為零，意味著時(shí)間維度的速度就必須是光速。

該如何理解“時(shí)間維度的速度是光速”呢？很簡(jiǎn)單，就是字面意思：物體以光速在時(shí)間維度飛行。所謂的“時(shí)間如流水一去不復(fù)返”！

另一個(gè)極端，物體在空間維度的速度是光速，當(dāng)然這是不可能的，這里只是假設(shè)。既然空間上的速度為光速，就意味著時(shí)間維度的速度是零，這說明什么？說明時(shí)間靜止了！

也就是說，如果你想讓自己的時(shí)間變慢，趕緊運(yùn)動(dòng)起來吧，運(yùn)動(dòng)的速度越快，時(shí)間就會(huì)變得越慢。而如果你很懶，就是不想動(dòng)，在空間上的速度為零，那么時(shí)間就會(huì)以最高快的光速流逝。

這就像魚和熊掌不可，你必須在空間和時(shí)間兩個(gè)維度上做出選擇和妥協(xié)！

實(shí)際上，這就是狹義相對(duì)論中的“時(shí)間膨脹效應(yīng)”，速度越快，時(shí)間就越慢。當(dāng)然引力也會(huì)影響時(shí)間的快慢，這涉及廣義相對(duì)論。

從愛因斯坦的時(shí)間膨脹公式中也能夠看出，當(dāng)一個(gè)物體的速度無限接近光速時(shí)，時(shí)間就趨于靜止，這也是“萬(wàn)物在四維時(shí)空中總是以光速運(yùn)動(dòng)”的最好證明。

用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)描述就是：宇宙萬(wàn)物在四維時(shí)空中的速度都等于空間的中的運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間中的運(yùn)動(dòng)速度的矢量和。該矢量和就是光速。

當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論絕不是拍腦門想象出來的，可以通過數(shù)學(xué)公式分析推導(dǎo)出來，具體過程就不再詳述了，大家知道就行了。

到這里，我也知道肯定有不少人仍舊不太理解，這很正常，因?yàn)槠綍r(shí)我們所說的速度就是默認(rèn)在三維空間的速度，如今突然變換到四維時(shí)空，肯定會(huì)不適應(yīng)。用比較專業(yè)的術(shù)語(yǔ)來講，三維空間中的速度是以歐式空間為背景的，而四維時(shí)空中的速度是以閔氏空間為背景的。

明白了歐式空間與閔氏空間的區(qū)別，接下來一起了解一下三維空間的速度與四維時(shí)空的速度的區(qū)別。

三維空間的速度，很好理解，就是我們平時(shí)所說的速度。那么四維時(shí)空里的速度是什么呢？如何計(jì)算呢？

按照速度計(jì)算公式，四維時(shí)空的速度應(yīng)該也等于距離除以時(shí)間。但是請(qǐng)注意，四維時(shí)空的距離與三維空間里的距離完全不同。

從四維時(shí)空中的一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)的“時(shí)空位移”就是四維時(shí)空中移動(dòng)的距離，然后除以時(shí)間，就是四維時(shí)空中的速度。那么這個(gè)位移是如何計(jì)算的呢？

簡(jiǎn)單講，就是在三維空間坐標(biāo)系中加一個(gè)時(shí)間軸，說白了就是我們平時(shí)所說的時(shí)空?qǐng)D。四維時(shí)空里有四個(gè)坐標(biāo)，包括一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)和三個(gè)空間坐標(biāo)，那么四維時(shí)空的位移就是從一個(gè)事件移動(dòng)到另一個(gè)事件。

也就是說，四維時(shí)空的位移就是兩個(gè)不同事件的距離。即便你坐在家里一動(dòng)不動(dòng)，你在三維空間的坐標(biāo)沒有變化，但在四維時(shí)空坐標(biāo)里，你一直在移動(dòng)，因?yàn)槟愕臅r(shí)間坐標(biāo)一直在移動(dòng)。這就是四維時(shí)空與三維空間的最大區(qū)別。

到這里大家也應(yīng)該明白了為何說“光速不可超越”。不過，問題到這里還沒有結(jié)束，任何問題都要盡可能追問到底，雖然“刨根問底”的結(jié)果一定會(huì)走進(jìn)死胡同，但我們還是要盡可能地追根溯源。

雖然以上說了很多時(shí)間和空間維度的速度問題，其實(shí)沒有提到一個(gè)最根本的東西：光速不變?cè)怼?/strong>

無論是以上時(shí)間和空間維度的速度關(guān)系，還是愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論，都是在光速不變?cè)淼幕A(chǔ)上建立起來的。

說白了，光速之所以不可超越，本質(zhì)上就是因?yàn)楣馑俚奶厥庑裕?strong>光速是絕對(duì)的，在任何參照系下都保持不變。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子就能明白光速的這種“霸道”行為了。即使你以0.99倍光速的速度去追趕一束光，在你眼里，光的速度仍舊是光速，而不是光速減去你飛行的速度！

這就是光速不變?cè)?，光速就是如此特殊。這種特殊性完全違背了我們的傳統(tǒng)認(rèn)知。按照我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)，任何速度都是相對(duì)的，都需要有參照系才有意義，但光速并不需要參照系，或者說在任何參照系下光速都保持不變。

這里有必要特別說明一下，光速不變?cè)砥鋵?shí)就是一個(gè)假設(shè)，也是公理，而公理就無需證明，也沒有辦法最終證明。

也就是說，愛因斯坦的相對(duì)論是建立在假設(shè)的基礎(chǔ)上才創(chuàng)造出來的?？吹竭@里，你可能一臉不屑：什么？統(tǒng)治宏觀世界一百多年的相對(duì)論，就是建立在假設(shè)基礎(chǔ)上提出來的？

確實(shí)沒錯(cuò)。但這種假設(shè)并不是愛因斯坦靈感來了，然后拍腦門想出來的，需要有相當(dāng)成熟完善的物理學(xué)知識(shí)，加上大膽的顛覆性思維模式，才可能提出來這個(gè)看似無理的假設(shè)。

簡(jiǎn)單講，愛因斯坦通過偉大的麥克斯韋方程組獲得了靈感，然后加上他顛覆性的思維模式，大膽提出了光速不變?cè)磉@個(gè)假設(shè)，從而創(chuàng)建了相對(duì)論。麥克斯韋方程組可以推導(dǎo)出光速計(jì)算公式，而在這個(gè)公式里，光速是一個(gè)常數(shù)，并沒有任何參照系，光速的大小只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)。

當(dāng)然，愛因斯坦創(chuàng)建狹義相對(duì)論的過程并不是如此簡(jiǎn)單，這里不再詳述了。

但你可能會(huì)質(zhì)疑：光速不變?cè)聿⒉皇羌僭O(shè)，邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)不就證明了這個(gè)原理嗎？

這是對(duì)邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)的誤解，這個(gè)實(shí)驗(yàn)并沒有證明光速不變，只是證明了“以太”這種絕對(duì)參照系是不存在的。

當(dāng)然，任何假設(shè)都要經(jīng)得起考驗(yàn)，也就是說必須經(jīng)得起驗(yàn)證。一個(gè)假設(shè)可以不符合人們的日常生活經(jīng)驗(yàn)，畢竟我們的生活經(jīng)驗(yàn)一定會(huì)有局限性。但是假設(shè)本身只要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，就是一個(gè)好的假設(shè)，甚至可以被視為公理。

愛因斯坦提出光速不變?cè)磉@個(gè)假設(shè)之后，科學(xué)家們也確實(shí)驗(yàn)證了這個(gè)假設(shè)的合理性。但是任何假設(shè)都不可能被最終證明，因?yàn)槿魏慰茖W(xué)假設(shè)本身其實(shí)就是公理，公理本身就無法最終證明。

就像“兩點(diǎn)之間，線段最短”這個(gè)公理，你永遠(yuǎn)無法最終證明這個(gè)公理。兩點(diǎn)之間有無數(shù)條連線，理論上你需要把每一條連線都證明比線段更短，顯然這是不可能的。

這也說明了一點(diǎn)，“兩點(diǎn)之間，線段最短”其實(shí)也是假設(shè)，只不過是符合人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)的假設(shè)，所以很容易被人接受。而光速不變?cè)聿⒉环先藗內(nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)，所以很難被人接受。

但是正如剛才所說，人們的日常生活經(jīng)驗(yàn)總是有局限性的，所以，如果我們不去突破這種局限性，總是以“人們的生活經(jīng)驗(yàn)”為基礎(chǔ)去做假設(shè)，科學(xué)就很難取得突破。

而這也說明了一點(diǎn)：任何假設(shè)，只要經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)得起考驗(yàn)，就是好的假設(shè)。

洋洋灑灑寫了這么多，最后可能你還會(huì)一個(gè)更大的疑問：既然光速不變?cè)碇皇羌僭O(shè)，我干嘛去相信一個(gè)假設(shè)呢？干嘛相信相對(duì)論呢？

你說的沒毛病。假設(shè)的東西無所謂相信不相信，只有接受或者不接受，本來就是這樣。說極端點(diǎn)，愛因斯坦就相當(dāng)于假設(shè)“相對(duì)論是對(duì)的”，然后提出了相對(duì)論。既然假設(shè)“相對(duì)論是對(duì)的”，你還質(zhì)疑什么呢？你只有兩種選擇：接受或者不接受。

而無論接受還是不接受，都沒毛病，也都無所謂對(duì)錯(cuò)。你甚至可以提出自己的假設(shè)，然后在自己假設(shè)的基礎(chǔ)上建立自己的理論，來推翻相對(duì)論，這完全是可以的。但前提是，你的假設(shè)要比愛因斯坦的假設(shè)更靠譜，更經(jīng)得起考驗(yàn)，不然別人為什么要接受你的理論呢？

而愛因斯坦偉大的地方就在于，他僅憑兩個(gè)假設(shè)就創(chuàng)造了相對(duì)論。理論上講，假設(shè)的越少越好，因?yàn)?strong>任何假設(shè)都像一個(gè)定時(shí)炸彈，隨時(shí)可能會(huì)“引爆”，然后讓在假設(shè)基礎(chǔ)上建立起來的理論瞬間崩塌。

既然相對(duì)論是在光速不變?cè)淼幕A(chǔ)上建立起來的，那么如果你想質(zhì)疑相對(duì)論，也沒問題，直接質(zhì)疑光速不變?cè)砭秃昧?。但剛才我也說了，光速不變?cè)砭褪羌僭O(shè)，而假設(shè)的東西其實(shí)是沒有質(zhì)疑必要的，只有你相信或者不相信。

說了這么多，該停下來了。

總結(jié)就是，光速之所以不可超越，完全是四維時(shí)空的固有屬性，而這種固有屬性又是建立在光速不變基礎(chǔ)上的。四維時(shí)空的這種特性，與其中的任何物體都沒有關(guān)系，萬(wàn)物都無法超越光速。

如果非要假設(shè)超越光速，會(huì)發(fā)生什么呢？

很簡(jiǎn)單，將會(huì)脫離四維時(shí)空！最終會(huì)到哪里呢？

不知道！或許是高維度時(shí)空，在那里萬(wàn)物都必須以超光速飛行，誰(shuí)知道呢？

完！