超越光速可能吗 为什么光速不可超越

爱因斯坦的相对论早已家喻户晓 。也许你对相对论了解不多,但你一定听说过 。
相对论中有一个很重要的思想:光速极限 。换句话说,光速是不可超越的,这是宇宙的速度极限(信息传递的速度极限) 。
那么,光速为什么是宇宙速度的极限呢?光速为什么不能被超越?
肯定有很专业的书来解释,但通常会涉及到晦涩难懂的公式 。在这里,试着用通俗的方式来回答 。
流行意味着必然会有不那么严谨的地方 。请理解 。
简单来说就是通过实验发现光速是无法超越的 。
每个人都能理解相对速度,哪怕是小学 。
最简单的说,我们两个同时向相反的方向跑,速度是5米每秒,相对速度是10米每秒,地球人都知道 。
而光的速度 , 仅仅是相对速度是无法超越的 。
具体来说就是这样 。
众所周知,地球一直在旋转 。日出时 , 我们实际上是朝着太阳的方向移动 。相反,地球在日落时不断远离太阳 。
阳光一直照耀着 。如果把阳光看成子弹,很容易得出以下结论 。
日出时,随着地球向太阳移动,阳光“子弹”的速度会变快 。相反,当地球在日落时远离太阳 , 太阳光的速度会变慢 。
这个结果非常符合我们对日常生活的认知 。
一百多年前,20世纪初,确实有科学家做过这个实验,但结果完全出乎意料 。
两次测量的太阳光的速度是完全一样的,这个速度就是光速!
这是什么意思?把这样的测量结果放到现实生活中,以我们一开始跑步为例,是这样的:
你我跑的方向相反,速度5米每秒 。然后以同样的速度向同一个方向跑 。结果我们两个人的两对速度都是一样的 。
你会有什么感觉?你会说“数学是体育老师教的吗?”
但事实摆在那里,对太阳光也是如此 。我们不得不承认 , 虽然测量结果确实不可思议 。
当时科学家们也拒绝承认这个结果(没有其他人会承认,毕竟根深蒂固的绝对时间空观念影响如此深远),他们认为实验过程中出了问题,但重复测量结果还是一样 。
科学家们甚至最终提出了一个“绝对参照系”来迎合离奇的实验结果 。这个绝对的参照系就是“以太” 。
但后来发现,乙醚的出现不仅没有解决实际问题 , 反而带来了更多的麻烦 。
这时 , 一位不知名的瑞士专利局工作人员发表了一篇论文 。
论文指出,既然你已经发现光速无论如何测量都是不变的 , 为什么不干脆假设光速在任何参照系中都是不变的 。
这个店员就是爱因斯坦,他用奥卡姆剃刀擦掉了以太,相对论开始诞生 。
光速不变意味着很多,不仅仅是“光速在任何参照系中都是不变的” 。这里有一个简单而流行的例子 。
我打开手电筒,在我眼里,手电筒的光速是c 。
当我打开手电筒的时候 , 我们假设你和光(手电筒的光)同时在飞行,你的速度是光速的1/2 。
根据光速不变原理,你眼中的光速也就是光速c 。
如果我看到光飞了2km,就很容易算出你飞了1km 。所以在我眼里,你看到的光子飞了多远?
因为在我眼里 , 你和光是同向飞行的,相对速度是1/2 。当然,在我眼里,你会看到光子飞了1公里 。(注意我多次强调的“在我眼里”)
根据光速不变原理,2km除以我的时间= 1km除以你的时间 , 两者都等于光速 。
显然,为了让上面的等式成立,我的时间必须比你的快 。也就是说你的时间对我来说慢了!
这是时钟慢效应的通俗解释 。不需要复杂的公式推导,也不需要高等数学 。就像我开头说的,流行的东西通常不严谨 。刚才我的推导过程不是很严谨 , 何必先留个悬念)
肯定有人会问这个问题 。在我刚才举的例子中,为什么要多次强调“在我眼里”?主要原因是定义一个参照系 。否则来回切换参照系会变得非常复杂,容易出错 。很多人不理解相对论 。很大一部分原因是他们在不知情的情况下,情不自禁地来回切换参照系 。
拿我刚才举的例子来说 。“在我眼里”你会看到光子飞了1km , 但是根据光速不变的原理,“在你眼里”光飞了2km 。两者并不矛盾,因为你我是两个完全不同的参照系 。
这里需要再次强调一下 。为什么叫“相对论”?因为没有所谓的“绝对参照系”,每个参照系都是等价的 , 平等的 。而且,在每个惯性参照系中,所有的物理定律都成立 , 每个参照系测得的光速都是一样的 。

推荐阅读