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先简单地介绍一下狭义相对论（狭义相对论确实是可以很简单地就介绍清楚的）。 先从伽利略变换说起。我在地面上花1秒钟走了1米，在时空平面上，对应（1,1）这个矢量，这是以地面做参照系。如果以我自己做参照系，刚才的物理过程是怎样的呢？由于以自身做参照系速度为0，所以（1,1）这个矢量变成了（1,0）。如下图所示：  几点说明： 1、由于从地面参照系变换到我自身的参照系，时间不变，变化的只是空间，所以时空矢量变换时，是沿着直线变换的。 2、空间的相对性，可以用下式表示：1=0，同样一个物理过程，对地面来说的1米长的空间，对于我来说是0米长的。容易知道，如果再换一个参照系，原先对地面来说1米的空间距离，还可以变为-1米，1=0=-1。 所以伽利略变换，基本可以用一句话来概述：“变换参照系时，时空矢量沿着直线变换。” 想明白这点，狭义相对论现在用一句话就能说清楚了：“变换参照系时，时空矢量沿着双曲线变换。” 如图：   几点说明： 0、为什么是双曲线？没人知道，我也疑惑上帝当年设计宇宙时为什么不选择简单的直线，而是选择了数学上更为复杂的双曲线。爱因斯坦只是发现了这个结果而已，还没人知道为什么是这样一个结果。 1、相对论的内核是简单的，原因就在，从伽利略时空到相对论时空，只是直线变成了双曲线而已，并没有太多的不一样。伽利略时空是容易理解的，所以相对论理解起来也是容易的。 2、相对论的问题在于市面上通常的相对论科普，诸如时间变慢，动尺缩短，质量膨胀等概念，这些概念都没有触及相对论的简单的核心，而是把一些细枝末节的东西给复杂化了，从而导致人们很难理解相对论。 3、原先在伽利略变换下，空间有如下性质：1=0=-1，现在相对论把时间变得跟空间一样了，也有如下性质：1=0=-1，图像参考第二张双曲图。物理含义是：对于你来说同时发生的2件事情（0），对另一个人来说可能是先后发生的（1），再换一个人，也可能是后先发生的（-1）。空间的相对性，普通人是很容易理解的，现在无非是把时间变得跟空间一样了而已，并没有理解上的困难。 4、第一张双曲图，能明显看出相对论时空跟当年牛顿时空的区别，由于是双曲线，所以变换参照系时，时间也跟着变化了。以自身做参照系，速度为0时，明显时间是最短的。 5、双曲线有渐近线（图中虚线），这个就是真空中光的路径，变换参照系时，渐近线上的点依然在渐近线上，所以光速不变。 介绍完狭义相对论，最后回到正题： 1、从第一张双曲图能看出，如果你的速度最开始低于光速，那么做参照系变换时，由于是沿着双曲线进行变换，所以速度永远无法跨越双曲线的渐近线，也就是无法超越光速。 2、从第二张双曲图也容易看出，如果你的速度最开始高于光速，那么做参照系变换时，由于是沿着双曲线进行变换，所以速度也永远无法跨越双曲线的渐近线，也就是无法低于光速。 3、当然，如果不是变换参照系，而是通过给物体不停地增加能量，是否能超越光速呢？这个问题需要用到动量守恒定律，需要点数学。假设光速C=1，一个物体在时空中的动量矢量是（a，b），其中a大于b，运动速度=b/a，小于1，而光的动量是（c，c），用光给物体加速，假设全部吸收，加速后的动量是（a+c，b+c），容易知道，加速后的速度还是小于1的；但是基本粒子，c是不能全部吸收的，但不管c吸收多少，新的动量矢量（a'，b'）跟老的动量矢量（a,，b）在同一个双曲线上（为什么？这个倒是可以说清楚的。因为基本粒子的质量在运动中保持不变，而a跟b的平方差就是质量的平方，正因此才会在同一条双曲线上。忘记相对论中那个荒谬的动质量跟荒唐的E = mc²吧。）所以运动速度自然也不会超越光速。 说了这么多，速度的极限是光速吗？我个人观点是否定的。因为并没有合适的理由限制超光速粒子的存在。 |
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