在浩宇宙中，存在一個非常關(guān)鍵的速度閾值 ——299792458 米 / 秒。這一速度堪稱宇宙的 “速度天花板”，任何形式的能量都無法突破它。

引力波以這一速度穿梭于宇宙時空，光在真空中疾馳的速度亦是如此，理論上膠子同樣能達(dá)到這個速度。物理學(xué)家將其簡稱為宇宙極限速度 C 。

需要明確的是，這個速度并非光的專屬特權(quán)，所有無質(zhì)量粒子都具備達(dá)到該速度的能力。

然而，對于人類以及世間眾多有質(zhì)量的物體而言，無論付出怎樣的努力，似乎都注定無法觸及光速。

原因其實(shí)很簡單，僅僅因?yàn)槲覀儞碛匈|(zhì)量。

但深入思考便會發(fā)現(xiàn)，從物理理論層面來講，對于有質(zhì)量的物體，并不存在禁止其達(dá)到光速的硬性規(guī)定。根據(jù)物理公式，只要能夠獲取無限的能量，有質(zhì)量物體達(dá)到光速并非天方夜譚。

誠然，以人類目前的科技水平，根本無法創(chuàng)造出如此龐大的能量。但宇宙的力量是無窮的，像超新星爆發(fā)、類星體釋放能量以及黑洞的強(qiáng)大引力場，對于它們來說，將一個有質(zhì)量的粒子加速到超光速所需的能量，或許只是 “小菜一碟”。

可奇怪的是，盡管宇宙擁有這般強(qiáng)大的能量，我們卻從未發(fā)現(xiàn)超光速的有質(zhì)量粒子。即便存在巨大能量，為何有質(zhì)量粒子的速度始終被死死限制在 299792458 米 / 秒之下？

宇宙的這一極限速度究竟因何而來？

盡管我們清楚無法達(dá)到光速，但人類探索的腳步從未停歇，始終朝著更高速度邁進(jìn)。從 90% C 、99% C，甚至到 99.9999% C，我們不斷投入精力增加速度、注入能量、提升推力，只為無限接近那個看似遙不可及的極限 C 。

在歐洲核子研究中心（CERN），科研人員憑借先進(jìn)技術(shù)，成功將粒子加速到極其接近 C 的速度，并且在此過程中還有了重大發(fā)現(xiàn) —— 找到了希格斯玻色子。

在實(shí)驗(yàn)中，科研人員讓兩個質(zhì)子相互撞擊，其中一個質(zhì)子以 299792447 米 / 秒的速度朝著一個方向飛馳（僅比光速慢了 11 米 / 秒），另一個質(zhì)子則以同樣速度朝相反方向運(yùn)動。

如此一來，便能產(chǎn)生強(qiáng)大的高能粒子，其蘊(yùn)含的能量上限僅受限于愛因斯坦的質(zhì)能方程 E=mc2 。這意味著，在這種極端條件下，粒子質(zhì)量所攜帶的能量能夠近乎完全釋放。

在后續(xù)的大型強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)里，質(zhì)子的速度進(jìn)一步提升至 299792455 米 / 秒，成為當(dāng)時地球上速度最快的質(zhì)子。

但這些質(zhì)子并非人類創(chuàng)造出的速度最快的粒子。

要知道，質(zhì)子相對而言是較重的粒子，其質(zhì)量比圍繞它旋轉(zhuǎn)的電子重了 1836 倍。因此，要使電子達(dá)到與質(zhì)子相同的速度，所需加速能量僅為質(zhì)子的 1 / 1836（即 0.054%） 。

正因如此，大型正負(fù)電子對撞機(jī) LEP（大型強(qiáng)子對撞機(jī) LHC 的前身）能夠?qū)㈦娮蛹铀俚搅钊梭@嘆的速度。那么，這個速度究竟是多少呢？答案是 299792457.9964 米 / 秒，達(dá)到了驚人的 99.99999988% C ，僅僅比真空中的光慢 3.6 毫米 / 秒 。

不過，我們在地球上利用超導(dǎo)電磁加速器加速粒子所產(chǎn)生的能量，與宇宙中蘊(yùn)含的能量相比，簡直是滄海一粟。

宇宙中充斥著坍縮的恒星、超新星爆發(fā)以及超大質(zhì)量黑洞，以活躍星系中心的黑洞為例，其周圍磁場強(qiáng)度是我們在地球上創(chuàng)造的磁場強(qiáng)度的數(shù)十億倍。宇宙射線主要由高能量質(zhì)子構(gòu)成，它們從宇宙的各個角落穿越浩瀚空間而來。

與之相比，我們在對撞機(jī)中加速的粒子所攜帶的能量，簡直不值一提。在宇宙高能粒子的世界里，能量的衡量單位早已不是 Gev（10^9 ev） 、Tev（10^12 ev） ，甚至 Pev（ 10^15 ev） 能夠涵蓋的，這些宇宙射線中的能量峰值可以一路飆升至 10^19 ev 以上 。

面對如此高的能量，或許有人會心生疑問：這些有質(zhì)量的粒子會不會被加速到光速，甚至超越光速呢？從理論上講，只要有足夠的能量，這并非不可能。

然而，宇宙似乎對物質(zhì)攜帶的能量設(shè)置了一道無形的 “緊箍咒”。當(dāng)粒子能量超過 5×10^19 eV 時，宇宙仿佛開啟了一種自我限制機(jī)制，不允許粒子維持在這樣的高能量狀態(tài)。

這是因?yàn)椋瑹o論最初產(chǎn)生的粒子攜帶多么高的能量，它們在宇宙中傳播時，都不可避免地要穿越宇宙大爆炸留下的微波輻射。

這種微波輻射彌漫于整個宇宙空間，其平均溫度約為 2.725 開爾文，僅僅比絕對零度高不到 3 度。經(jīng)過計(jì)算，每個光子的均方根能量大約是 0.00023 電子伏，看似是一個微不足道的極小數(shù)字。但令人意想不到的是，正是這些看似微弱的微波輻射，構(gòu)建起了宇宙的速度極限。

當(dāng)高能帶電粒子穿過微波輻射時，就有可能與光子發(fā)生相互作用。

根據(jù)愛因斯坦的 E=mc2 ，在能量允許的情況下，高能帶電粒子與光子相互作用會催生新的粒子。但粒子獲取能量并非無本之木，它必須從創(chuàng)造它的系統(tǒng)中汲取。

當(dāng)高能粒子能量達(dá)到 10^17ev 時，便會在碰撞中產(chǎn)生正負(fù)電子對。不過，這是一個能量損耗相對低效的過程，粒子在此能量之上仍可傳播數(shù)億光年。

然而，當(dāng)粒子能量更高時，情況就發(fā)生了變化。更高能量的粒子碰撞會產(chǎn)生最輕的強(qiáng)相互作用粒子 —— 中性 π 介子，每產(chǎn)生一個中性 π 介子，粒子就會損耗 135Mev 的能量。

這里涉及到一個重要的能量閾值，被稱為 GZK 極限值。當(dāng)高能粒子能量高于 5×10^19 eV 時，與微波輻射相互作用就會發(fā)射中性 π 介子，直至粒子能量降低到這個閾值以下。

倘若高能粒子能量更高，還會產(chǎn)生其他粒子，導(dǎo)致能量損失更為迅速。GZK 極限值以提出者 Greisen、Zatsepin、Kuzmin 三人姓氏的首字母命名，它描述了源自遠(yuǎn)處的宇宙射線在理論上應(yīng)有的上限值。

近年來，有部分科學(xué)家聲稱在地球上觀測到的宇宙射線中的粒子能量超過了這個閾值。

這一現(xiàn)象引發(fā)了諸多猜測，一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這些被觀測到的高能粒子極有可能是在我們所在的星系中產(chǎn)生的，由于傳播距離較短，能量還未來得及損耗到極限值以下；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，這或許意味著我們對相對論的理解存在偏差，但這種可能性微乎其微；還有一種被大多數(shù)科學(xué)家所接受的觀點(diǎn)，即我們在測量這些前所未有的高能量粒子時，可能存在一些尚未察覺的問題。

目前，觀測宇宙高能粒子的兩個最先進(jìn)的天文臺 / 實(shí)驗(yàn) —— 皮埃爾?奧格天文臺和高分辨率復(fù)眼實(shí)驗(yàn)，均未探測到超過 5×10^19 eV 的宇宙射線。

那么，當(dāng)一個質(zhì)子以 GZK 極限能量運(yùn)動時，其速度又意味著什么呢？

這個速度數(shù)值為 299792457.99999999999999999999918 米 / 每秒 。

從數(shù)字上看，幾乎與光速無異。

換個角度來看，如果讓一個擁有 GZK 極限能量的質(zhì)子和一個光子進(jìn)行一場飛往離我們最近的恒星 —— 比鄰星（位于上圖中間的紅色恒星）的競賽，毋庸置疑，光子會率先抵達(dá)終點(diǎn)，但質(zhì)子僅僅落后 22 微米，在 700 飛秒后也會到達(dá)。

倘若質(zhì)子和光子朝著距離我們 254 萬光年的仙女座星系往返飛行，整個旅程大約需要近 500 萬年，而質(zhì)子可能僅僅遲到大約 13 秒 。

由此可見，我們已知的每一個帶電粒子、每一束宇宙射線、每一個質(zhì)子、每一個原子核，都無一例外地受到宇宙極限速度的束縛。它們的速度僅僅比光速低了那么極其微小的一點(diǎn)。

所以，當(dāng)我們懷揣著在宇宙中超光速旅行的夢想時，一定要謹(jǐn)慎對待，因?yàn)閬碜杂钪娲蟊ǖ奈⒉ㄝ椛鋾⒓磁c我們發(fā)生相互作用。在損耗我們能量的同時，甚至可能會將我們瞬間 “烤焦”。這，便是宇宙限制所有物質(zhì)速度的深層原因。