今天我們來(lái)說(shuō)說(shuō)超勁爆、超現(xiàn)實(shí)、惹得無(wú)數(shù)人為之著迷的“超光速”。既然要說(shuō)“超光速”，就得先說(shuō)明白“光速”是什么。
光速的定義
光速是指所有無(wú)質(zhì)量粒子以及所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)波動(dòng)，在真空中的運(yùn)行速度。什么意思?說(shuō)得直白點(diǎn)，就是光在真空中的速度。作為物理常數(shù)，一般標(biāo)記為c，眾所周知光速是每秒30萬(wàn)公里，精確值是每秒299,792,458 米。
用這個(gè)速度可以衍生出一些光行距離，方便使用:光秒、光分、光時(shí)、光年。比如說(shuō)，地球到月球距離是1.3光秒，地球到太陽(yáng)距離是8.3光分，地球到土星1.18光時(shí)，地球到比鄰星是4.3光年，到仙女座星系是250萬(wàn)光年，到可觀測(cè)宇宙邊緣是465億光年。
為啥說(shuō)物體運(yùn)動(dòng)的速度上限就是光速?
為啥愛(ài)因斯坦說(shuō)光速不能被超過(guò)就不能超過(guò)?他的話為啥成了金科玉律?請(qǐng)記住，光速作為物理常數(shù)，也是逐漸被認(rèn)識(shí)的，并不是人為規(guī)定的極限。早在亞里斯多德時(shí)代或者牛頓時(shí)代，光一直都被認(rèn)為是瞬間就能達(dá)到，光速無(wú)限大。
直到1676年，丹麥天文學(xué)家?jiàn)W勒·羅默測(cè)定光速是每秒22萬(wàn)公里，盡管比實(shí)際數(shù)值低了26%，但無(wú)疑具有重要的開(kāi)創(chuàng)意義。直到將近兩百年后，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋建立電磁理論，才有了光傳播的正確理論?？梢哉f(shuō)測(cè)定光速，為20世紀(jì)誕生的相對(duì)論--終結(jié)絕對(duì)時(shí)空觀，開(kāi)了第一槍。
光速不變和光速不能被超過(guò)
正是因?yàn)閻?ài)因斯坦拿著這個(gè)“光速不變和光速不能被超過(guò)”這桿槍，才開(kāi)始革掉牛頓絕對(duì)宇宙觀的命。此話怎講?牛頓的經(jīng)典理論都是建立在絕對(duì)時(shí)空基礎(chǔ)上的。經(jīng)典力學(xué)中的所謂空間，就像是一個(gè)無(wú)限延展的、具有固定坐標(biāo)的大框架。
所謂時(shí)間，就是擺放在宇宙中央、永遠(yuǎn)均勻擺動(dòng)的一個(gè)大笨鐘。宇宙所有的人事物都放在這個(gè)絕對(duì)的大框架中，相互作用和運(yùn)動(dòng)。同一個(gè)宇宙，擁有同一個(gè)空間坐標(biāo)，同一個(gè)時(shí)間座鐘。在這種絕對(duì)時(shí)空里，牛頓雖然也研究光、引力，但他認(rèn)為這些作用的傳播不需要時(shí)間，也就是光速無(wú)限大，是超距的、瞬時(shí)的。
但愛(ài)因斯坦否定了這種超距、瞬時(shí)的觀點(diǎn)，光速也是一個(gè)有限數(shù)值，而且是宇宙中信息和能量傳播速度的最高上限。由此可以推導(dǎo)出:每個(gè)觀察者都一定有自己的時(shí)間測(cè)度，都是以自帶的鐘表為準(zhǔn)。不同觀察者攜帶同樣精準(zhǔn)的鐘表，但讀數(shù)沒(méi)必要、也不可能完全一樣。
看到這兒，你可能不太理解，感覺(jué)有些反直覺(jué)。這是因?yàn)槲覀儧](méi)有這么高精尖的鐘表，也沒(méi)有工夫去嚴(yán)謹(jǐn)觀測(cè)。不過(guò)，科學(xué)家早就替我們驗(yàn)證過(guò)了。實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
我們經(jīng)常使用手機(jī)導(dǎo)航吧，天上的那32顆GPS衛(wèi)星，就跟地面上的我們不是一個(gè)時(shí)間，兩個(gè)相對(duì)論效應(yīng)相減后，得出每天比地球表面快38微秒。這是啥概念?有多大差別?如果不把這細(xì)小的時(shí)差校正的話，每天可能會(huì)引起我們高達(dá)100多米的導(dǎo)航位置偏差。
再來(lái)把思想實(shí)驗(yàn):如果你以10%光速，也就是每秒3萬(wàn)公里往返一趟海王星，只需不到4天的時(shí)間，當(dāng)返回地球時(shí)，你已經(jīng)比自己的女票/男票年輕了25分鐘。
這就是速度、引力決定下的相對(duì)論效應(yīng)--每個(gè)人、每個(gè)物體都有自己的時(shí)間，所經(jīng)歷的時(shí)間各不相同。時(shí)間與長(zhǎng)度取決于觀察者。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，狹義相對(duì)論揭示了速度對(duì)時(shí)鐘的影響:速度越快，時(shí)間越慢。廣義相對(duì)論揭示了引力對(duì)時(shí)鐘的影響:引力越大，時(shí)間越慢。
說(shuō)到這兒，我們就可以理直氣壯地得出結(jié)論:如果沒(méi)有“光速不變和光速不能被超過(guò)”作為前提，就沒(méi)有現(xiàn)代物理學(xué)和宇宙學(xué)所構(gòu)建的這個(gè)世界。反過(guò)來(lái)，如果存在超光速的物體運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)世界就是錯(cuò)的。
現(xiàn)在已知的所謂“超光速”，都沒(méi)有傳遞信息和能量!但凡傳遞信息和能量的最高上限，就是光速!
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