愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,任何有靜質量的物體的速度都不可能達到或者超過光速,這也是所謂的光速極限,宇宙中的速度極限就是光速。
那麼,為什麼擁有靜質量的物體的速度都不可能達到或超越光速呢?
狹義相對論中可以推導出質增效應,物體的質量會隨著速度的變大而增加,當物體的速度接無限近光速時,質量就會變得無窮大,這時候再讓物體加速,就需要無窮大的能量才可以,整個宇宙的能量都做不到,所以,這個物體的速度是不可能達到或者超越光速的。
這里需要強調一點,所謂的「光速限制」中的光速,并不僅僅指光在真空中的速度,光速是四維時空的固有屬性,是一種內在秉性,只與四維時空本身有關。
也就是說,光速限制是四維時空的固有特性。宇宙,其實并不存在光速限制,限制的只是四維時空的界限。說白了,一旦超越光速,物體就脫離了四維時空,不再屬于四維時空的一部分,自然也不在我們的宇宙了。
也就是說,一旦物體達到或者超越光速,就不再以我們熟悉的方式存在,而是以別的方式存在,只有什麼方式,我們不得而知,可能永遠也不知道,因為我們無法脫離四維時空存在。
所以說,并不是宇宙限制了光速,恰恰相反,而是光速限制了我們的宇宙,限制了四維時空。
前面說過,光速并不僅僅指光的速度,而是四維時空的固有屬性,不僅僅光的速度是光速,膠子的速度,引力波的速度都是光速,這些都與四維時空息息相關。
而且,光速還有一個非常重要的特性,那就是光速的絕對性,光速不變原理。光速,相對于任何參照系都保持不變,也就是說光速是絕對的。
按照我們的日常生活經驗,只要提到速度,都需要有參照系才有意義。比如說,在地球上我們通常所說的速度基本上都是默認地面為參照系。沒有參照系的速度毫無意義。
但是光速恰恰打破了我們的傳統認知,光速根本就不需要參照系,或者說光速相對于任何參照系都保持不變,光速的這個特性大大違背了我們的傳統認知。
舉個通俗的例子。我呆在地球上靜止不動,你乘坐飛船以0.9倍光速的速度飛向天空,假設飛船足夠大,你在飛船里相對飛船以0.9倍光速的速度飛行。那麼在我眼里,你的速度是多少呢?
按照我們經常用的速度疊加來計算,你的速度應該是飛船的速度加上你自身的飛行速度,也就是1.8倍光速,這不是超光速了嗎?
其實并不是1.8倍光速,在我眼里,你的速度仍舊達不到光速,只是非常接近光速。因為我們平時所用的速度疊加公式是以絕對時空觀為基礎的,在絕對時空觀體系下,你的速度確實超光了。
但是愛因斯坦告訴我們,時空并不是絕對的,而是相對的,這種相對性就可以看做是光速限制。
時間和空間,也就是時空結構會隨著速度的變化做出相應改變,以保證最終的速度無論如何都不可能超過光速。體現出來的就是時間膨脹效應和尺縮效應,兩者是等價的,分別對應時間和空間,而時間和空間又是有機的整體。
平時我們用到的速度相對光速都非常小,對時間和空間的影響完全可以忽略不計,所以我們直接用速度疊加公式來計算相對速度就可以了。但是一旦速度達到亞光速,就必須考慮速度對時空結構的影響,這時候直接用速度疊加公式,也就是伽利略變換誤差就很大的,需要用到更精確的洛倫茲變換公式。
從公式中可以看出,無論V1和V2多大,最終的速度都不可能超過光速。
其實這也是光速不變原理的另一種表現形式。再舉個例子,有一束光,無論你以多快的速度追這束光,你不但追不上這束光,而且在你眼里,這束光的速度永遠是光速,哪怕你的速度達到光速的幾十倍,你也永遠追不上那束光!
也就是說,無論速度快慢,那束光的速度都保持不變。這就是光速的絕對性,本質上體現出了時空的相對性,為了迎合光速的這種「霸道」 行為,意味著某些東西必須做出妥協,做出相應改變,才能使得光速在不同參照系下都保持恒定不變。
而這些東西正是時間和空間,也就是四維時空。這再次說明了光速并不是宇宙的速度極限,當然宇宙也沒有限制光速。應該說四維時空限制了光速或許更貼切一點。
說白了,光速就是四維時空的分界線。只要在四維時空里,你就無法超越光速。言外之意,一旦超越光速,就脫離了四維時空。或者說想要脫離四維時空就必須讓速度超過光速。
脫離了四維時空最終會到哪里了?是不是高維度時空呢?
我們目前不知道,或許永遠也不知道。高維度完全就是一個虛幻的抽象概念,不要說理解高維度了,我們甚至無法想象高維度到底是什麼狀態!
這與人類科技水平高度無關,而是局限性徹底鎖死了人類的想象力,我們的所有想象都局限在四維時空里,根本無法突破。
這就像人類其實根本無法想象出現實中不存在的東西,所謂的「妖魔鬼怪」等現實中不存在的東西,其實都能在現實中找到它們的模板!