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光速不变是狭义相对论两大假设之一，相对于另一个假设“相对性原理”，这个光速不变要难理解的多，复杂得多，也可以说是狭义相对论各种反常识的根源。正因为如此，在我开始准备写相对论系列文章的时候，第一件事就是要把这个问题彻底讲清楚。 有的人听到过光速不变这个事，但是并不了解光速不变在狭义相对论中的含义； 有的人以为光速不变是指光在某个介质中的传播速度不变，其实作为狭义相对论基本假设之一的光速不变指的是真空中的光速相对不同的参考系速度不变； 有的人在其他地方看到过麦克斯韦的关于光速的公式，那个公式里光速只跟介电常数和磁导率有关，认为光速不变指的就是那个，其实并不是的； 还有人觉得光速不变是可以证明的，不管它是想通过实验（如迈克尔逊-莫雷实验）还是通过一些所谓的理论，这些理论很多是相对论的结论，他们从相对论的结论里经过自己“严密”的推导，最终“证明”了光速不变，其实，狭义相对论的各个结论都是从光速不变为假设推导出来的，你用光速不变推导出来的结论反过去证明光速不变，这不是让自己去证明自己么？这属于概念逻辑混淆了。 总之，对狭义相对论里光速的理解各种偏差的都有，所以我写的第一篇文章就是《如何彻底搞懂狭义相对论里的“光速不变”？》，在这篇文章里我比较全面的谈了光速不变这个问题，基本上仔细看了这篇文章的人都能够搞得清上面的那些问题了。 光速是物体运动速度的上限光速不变是相对论的基本假设，它是说不管你在什么参考系里测量光速，它不大不小都是c，这是理解光速的第一层。光这个又古老又神秘的东西，实在是隐藏了太多秘密，接下来相对论继续给出了第二个关于光速反常识的结论：光速是所有物体运动速度的上限。 为什么物体的运动速度的上限呢？我在《为什么物体的速度无法超过光速？光又为什么能达到光速？》里给出了答案，并且提前给出了运动物体的质量公式。物体在运动的时候，它的质量是在不断的增加的，当物体的速度要达到光速的时候，它的质量会接近无穷大，这时候再给物体加速需要无穷大的能量，当然不可能达到光速了。 然后有另外的读者开始疑惑，你说单个物体的速度无法超光速我认了，那么接近光速可以把，那么如果我让两个接近光速的物体相对运动，他们的相对速度那肯定就可以超光速啊？很显然，这种想法注定是要再一次落空的，为了解释这个，我写了《两艘飞船接近光速相对飞行，它们的相对速度会超过光速么？》，解释了即便是两个接近光速的物体相对运动，他们的相对速度也达不到光速。在这里，我指出了相对论里的速度合成公式已经不像牛顿力学里那样只是直接简单的加减了，所以你通过这种方式也没办法超光速。在这里，我相当于又是提前把相对速度的合成公式给引出来了。 时空的变化在相对论死死的把物体运动的速度定在光速以内以后，很多人有了一丝悲观情绪，认为如果我们的速度永远达不到光速，那么我们人类如此有限的寿命岂不是只能在宇宙里行走相当短的距离？距离我们太阳系最近的恒星都有4.2光年，更别说银河系了，人生不过百年，就算我们能够以光速运动，那么最多也不过去100光年的地方，太没意思了。 这样的想法就忽略了相对论里时空的变化，我们在高速运动的时候，时间空间是都会发生变化的，你在高速运动的时候，地球人看起来距离你100光年的地方，没准在你眼里就只有1光年。这里就要考虑到相对论里非常典型的尺缩钟慢效应了，于是我写了《光速是极限，那人生百年就永远被困在100光年以内了？》来告诉大家相对论的时空并不是如你所想，在这里我顺着大家的思路，用比较直观的例子给大家解释了尺缩钟慢效应，也打消了部分读者觉得我们被光速的限制起来的感觉。 写了那篇文章以后，我借题发挥，顺带提了一些人类离开银河系的一些可能，写了《冲出银河系：未来的人类将如何在星际间穿梭？》这篇文章。在这篇文章的末尾因为提到了《三体》里的曲率驱动，所以有些三体迷问了一些三体里的黑域（光墓）的问题（这等于是不停的在给我挖坑啊，这样没完没了一直被带着走越走越偏~开玩笑，大家有问题尽管问，顺着思路问题写理解起来也通畅一些~），为了解释这个问题，我写了《达不到地球逃逸速度，我们就无法离开地球了么？》，重新让大家大家认识了一下逃逸速度，给大家说了一下低速航天的事情，然后郑重的高速大家：单纯靠引力是困不住文明的，然而黑洞例外。 黑洞引力困不住文明，只要我的燃料足够，我以乌龟的速度也能离开地球，那黑洞为什么可以困住物体呢？为什么即便使用低速航天的办法也没法离开黑洞呢？黑洞是宇宙里非常神奇的东西，相对论在遇到黑洞奇点的时候居然出现了无穷大的情况，说白了就是失效了。然后我写了《使用低速航天的办法能离开黑洞么？》比较简答的介绍了一些跟黑洞相关的这个问题，告诉大家黑洞不是靠引力束缚住飞船，而是靠完全的扭曲时空，让时空形成了闭环，黑洞里面的东西找不到出路。 最后我做了一个关于黑洞-奇点-宇宙的脑洞猜想：我猜想我们的宇宙会不会就是一个不断膨胀的大黑洞，宇宙这个大黑洞因为它极大的引力把它周围的时空弯曲得闭合了，形成了自己的一个小宇宙。我们宇宙的外面会不会还有很多黑洞宇宙？我们无法离开这个宇宙就跟物体无法离开黑洞一样，一个黑洞就是一个宇宙~ 文章写到这里了，自然还有人继续问黑洞的事情，但是我想我得踩一下刹车了。这一系列的文章都在我的意料之外，都是顺着光速的问题一步步写下来的，最后写到黑洞-奇点-宇宙了也该告一段落了。黑洞是广义相对论里预言的东西，要更多的了解黑洞，起码等到以后把广义相对论讲了下再说吧~ 结语 这篇文章是总结篇，是这些天一系列和光速相关文章的一个总结和梳理，也希望大家在看着光速系列文章的时候能够有条理，这样比较容易形成系统，能够更好的了解相对论。 另外，我虽然只是写光速，但是大家也看到了，这一路下来为了解释这些情况我们把相对速度公式、运动质量公式、尺缩钟慢，甚至是黑洞都搬出来了，算是提前打了一个预防针，提前把相对论里的一些内容透漏出来了。当然，这里出现的内容都只是简单的介绍的，具体的情况我们后面会再重点说。 |
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