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我们都知道，宇宙中存在“光速限制”，最大速度为光速。那么宇宙为什么要限制光速，不限制不行吗？  确实不行，因为光速与四维时空息息相关，是四维时空的固有属性。光速与时间和空间，也就是“时空”结构密不可分。说白了，限制光速的其实就是四维时空，也就是时间和空间。 简单讲，速度可以让时间变慢，而光速会让时间停止。如果超过光速，时间就会倒退，这是大自然所不允许的。 要理解光速和时间的这种关系，我们需要了解非常重要的一点：我们所在的四维时空是相对的，速度会影响时间的流逝，严格来讲，地球上的每个人对时间的感受都是不一样的。  当然，除了速度之外，引力同样会影响时间，这里就不展开讨论了，只讨论速度对时间的影响。 举个例子：你乘坐一艘飞船飞向一光年外的星球，飞船的速度无限接近光速。你所在的时空与外部观察者的时空就会完全不同，你们所在的时空都是独立的，事实上每个人的时空都是独立的，只是只有速度非常接近光速才能感受到这种独立性。  于是，在观察者眼里，你需要飞行一年才能到达目的地。但是对于你来讲，根本不用一年，只需要几分钟甚至几秒钟就能到达一光年外的星球，只要你速度足够接近光速，可以瞬间到达。 而在牛顿经典力学体系下，时空绝对的，任何人对时间的感受都是一样的。但是爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，绝对时空观是错的。 为什么我们不能感受到时空的相对性呢？原因很简单，因为我们生活中经历的速度与光速相比太慢了，速度对时间的影响微乎其微，可以忽略不计。所以直觉就会告诉我们：每个人的时间都是一样的。  对于上面的例子，可能你会有这样的疑问： 一光年的距离，不就是光飞行一年的距离吗？怎么可能瞬间就到达一光年外的星球呢？ 所谓的“一年”，只是地球上的我们眼里的一年，是以地球为参照系算出来的一年。而接近光速飞行的你，完全处于另一套参照系，感受到的时空与地球时空完全不同，当然不能用地球时间去衡量了。 接近光速飞行的你，不但时间会变慢，距离也会缩短，而且两者是同时发生的。 因为时间和空间是有机的整体，所以时间变慢和尺缩效应必须同时出现。如果时间上不是很好理解，用尺缩效应就更好理解了。当你以无限接近光速的速度飞行时，一光年的距离在你眼里会缩短到“近在咫尺”，你甚至只需要一抬脚就能到达。  当你的速度无限接近光速时，你甚至都无法度过你的一生。 为什么？ 因为在外部观察者眼里，你的时间几乎停止，你经历的短短一秒钟，外部世界可能已经过去了成千上万年时间。所以，你还没来得及度过你的一生，整个宇宙都已经毁灭了！ 所以，如果光子有人类那样的意识的话，它根本感觉不到时间，因为光子眼里没有时间概念，没有过去和未来，只有现在。  在我们眼里，光子的时间就是“暂停”的！ 你可能还有疑问：我们不是经常说“太阳光到达地球需要大约8分钟时间吗？” 上面其实已经回答这样的问题了，所谓的“8分钟”是以地球为参照系计算出来的，也就是说，在人类眼里，太阳光到达地球需要8分钟。其实这就是简单的时间计算，用距离除以光速得出来的结果。 而对于太阳光来讲，它到达地球不需要任何时间，瞬间到达。不要说到达地球了，光子甚至可以瞬间穿越整个宇宙！ 所以，理论上，只要速度能无限接近光速，你就有机会看到宇宙的末日。 可能你飞行一天，地球就毁灭了。飞行十天，银河系也毁灭了。然后继续飞行一个月，宇宙也彻底毁灭！  速度可以让时间变慢，但同时我们也可以说“速度也可以让时间快进”。前者是对于自身而言，后者是相对外部观察者而言！ 开头也说了，速度的这种特性与四维时空息息相关，所以宇宙万物的存在，离不开四维时空。 而四维时空限制了速度，速度的最大值就是光速，所以我们不能回到过去，只能不断地前往未来。 速度可以让时间变慢，而光速可以让时间暂停！ 时间暂停了，意味着哪怕在遥远的距离，你都可以瞬间到达。比如说，光速飞行的你，可以瞬间穿越整个宇宙，不需要花费任何时间。  明白了光速和时间的这种关系，还有必要了解一下有关参照系的困惑。 虽然我们生活的时空是相对的，但由于我们平时经历的速度和引力都很小，所以我们并不能感受到时空的相对性，日常生活经验告诉我们：时空还是绝对的。 比如说你感受到的一秒，与我感受到的一秒并不会有什么不同。其实我们两人对一秒的感受确实有些许的差异，只不过这种差异实在太小了，我们根本感觉不到，也不会对我们日常生活有任何影响。 不过一旦速度来到亚光速，这种差异就会变得非常大，这时候就必须考虑到差异可能对我们日常生活的影响了！ 事实上，这种情况早就出现在了我们日常生活中，就在你我身边，这就是：卫星导航系统。  我们平时开车时使用的导航，需要卫星来定位。由于天上的卫星速度很快，时间就会变慢。虽然卫星的速度与光速相比还是很慢，但日积月累对时间的影响就非常明显了。 再加上导航系统对精确度的要求非常高，任何微小的差异都可能把我们导航到“沟里”去，所以必须充分考虑到卫星由于速度快导致的时间变慢，人为地对卫星上的时钟进行校正，否则导航系统会彻底失效。 通过计算可以得出，卫星上的一秒要比地面上的一秒慢一千亿分之八秒，看起来微不足道，但就是这微不足道的一千亿分之八秒，就可能让导航系统误差很大。  当然，对卫星上的时钟进行校正时，除了速度之外，还需要考虑到引力对时间的影响，双重考虑才能让导航正常工作。 总之就是，四维时空里，光速就是最快的速度。理论上分析，如果你想超越光速，只需要脱离四维时空就可以做到了，比如说更高维度的时空里，你可以随意超越光速，甚至那里的最低速度就是光速，你必须以超光速飞行才可以。 但问题就在于：你本身就是四维时空的一部分，就是四维时空的产物，脱离了四维时空的你，还是“你”自己吗？ 最后还有一个问题：有质量的物体的速度为什么不能达到光速？  根据爱因斯坦狭义相对论中的质增效应，物体的质量会随着速度的增加而变大。当物体的速度无限接近光速时，物体的质量就达到无穷大。无穷大的质量意味着什么？ 意味着物体周围的时空早就坍缩为黑洞了。而黑洞吞噬一切物体，相当于物体掉进黑洞里了，无论如何都出不来了。 不得不承认，大自然如此巧妙地限制万物达到或超越光速，就好像背后有一只无形的手在操控一切，一切都好像是完美的设计...... 到底是谁设计的？ |
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来自： blackhappy > 《技术积累》
