你肯定聽(tīng)過(guò)千百遍："沒(méi)有東西能比光速更快！"但有人認(rèn)真解釋過(guò)為什么嗎？或者假如你真的嘗試會(huì)發(fā)生什么？

理論部分

首先，我們先把課堂上那套理論搞清楚。愛(ài)因斯坦和他的相對(duì)論告訴我們，有質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到光速。但不同于那些讓你昏昏欲睡的物理解釋，我會(huì)用一種不會(huì)讓你想從窗戶跳出去的方式講清楚原因。

想象你坐在一艘宇宙飛船里，決定玩一個(gè)名為"挑戰(zhàn)物理極限"的游戲。你的目標(biāo)？達(dá)到光速。你系好了安全帶，太空杯放在手邊，臉上是一副堅(jiān)定自信的表情。

你啟動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，給速度增加1米/秒。然后再加一次。再一次。每一次速度的"跳躍"對(duì)你來(lái)說(shuō)感覺(jué)完全一樣——因?yàn)榇_實(shí)如此！這就是伽利略相對(duì)性原理在發(fā)揮作用：物理學(xué)不關(guān)心你已經(jīng)跑了多快；從你的角度看，每一次加速感受都是相同的。

"那么問(wèn)題出在哪里？"你可能會(huì)問(wèn)，當(dāng)你已經(jīng)達(dá)到每秒1000萬(wàn)米的速度且感覺(jué)良好時(shí)。"我只要繼續(xù)加速直到達(dá)到每秒3億米（大約是光速）然后大肆慶祝一番不就行了嗎？"

這就是詭異之處。

你的朋友在地球上通過(guò)一臺(tái)超強(qiáng)力望遠(yuǎn)鏡觀察著你的旅程。從他的角度看，一些奇怪的事情正在發(fā)生：你的時(shí)間正在減慢。

在進(jìn)行了3億次這樣的"跳躍"后，你飛船上的手表走過(guò)的1秒鐘相當(dāng)于地球上的約1.5秒。當(dāng)你完成6億次跳躍后，你的時(shí)鐘運(yùn)行速度只有地球時(shí)鐘的四分之一。你正在以不同的方式體驗(yàn)時(shí)間，而你自己卻毫不知情。

但這甚至不是最奇怪的部分。

從你的角度看，你與目的地（比如說(shuō)半人馬座阿爾法）之間的距離實(shí)際上在縮短。不是比喻意義上的——是物理空間真的在收縮。經(jīng)過(guò)足夠的加速后，原本需要四年光程的旅行對(duì)你來(lái)說(shuō)可能只有幾周的旅行時(shí)間。

從你朋友的角度看，你正接近光速但永遠(yuǎn)無(wú)法完全達(dá)到，就像古老的"飛矢不動(dòng)"悖論的現(xiàn)代版本。同時(shí)，你卻在飛速前進(jìn)，認(rèn)為一切完全正常，而宇宙在你周圍扭曲變形。

這就是物理學(xué)家所稱的"快度"（rapidity）——一種比我們?nèi)粘Ｋ俣雀拍罡玫南鄬?duì)論速度思考方式。快度考慮了所有這些時(shí)間膨脹的怪異現(xiàn)象，表明實(shí)際上并不存在"速度限制"，而是我們對(duì)相對(duì)論性運(yùn)動(dòng)的感知和測(cè)量方式存在限制。

從技術(shù)上講，你可以永遠(yuǎn)繼續(xù)這些跳躍。沒(méi)有物理定律阻止你從自己的角度繼續(xù)加速。只是無(wú)論你做多少次跳躍，地球上的觀察者永遠(yuǎn)不會(huì)看到你達(dá)到光速。你會(huì)令人沮喪地接近99.9999%，但永遠(yuǎn)無(wú)法越過(guò)那條線。

現(xiàn)實(shí)部分

好了，理論部分講完了。現(xiàn)在讓我們聊聊真正令人毛骨悚然的部分：如果你真的試圖接近光速會(huì)發(fā)生什么。

在我們宇宙中，真空并不是真正的"空"（之前的文章也有提到過(guò)）。即使是最深邃的太空也充滿了宇宙微波背景輻射的光子、極少的氫原子，以及其他各種我們?cè)诘厍蛏细静煊X(jué)不到的微小粒子。當(dāng)你以正常速度穿越太空時(shí)，偶爾撞到這些粒子就像你行走時(shí)偶爾被一兩個(gè)蚊子撞到一樣——幾乎察覺(jué)不到。

但當(dāng)你接近光速時(shí)，情況完全改變。

如果你以光速的99%行駛。突然間，宇宙微波背景輻射（那個(gè)溫度只有2.7開(kāi)爾文（比絕對(duì)零度高出一點(diǎn)點(diǎn)）的微弱輻射）在多普勒效應(yīng)下變成了強(qiáng)烈的伽馬射線，能量高得足以穿透你飛船的外殼，烤熟你的內(nèi)臟。

那些稀少的太空氫原子？它們現(xiàn)在就像高能粒子加速器中的質(zhì)子束一樣撞擊你的飛船，每一次微小的碰撞都釋放出相當(dāng)于小型核爆的能量。

你會(huì)變成太空中的一團(tuán)熾熱等離子體，在你意識(shí)到發(fā)生了什么之前就被汽化。這不是理論上的障礙——這是實(shí)際的死亡陷阱。

即使你有某種神奇的護(hù)盾技術(shù)（劇透：我們沒(méi)有），你的推進(jìn)系統(tǒng)也會(huì)面臨能量需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。當(dāng)你接近光速的99.9999%時(shí)，再加速一點(diǎn)點(diǎn)需要的能量比之前所有加速總和還要多。你需要比地球上有史以來(lái)產(chǎn)生的所有能量更多的能量，只為了再加速那么一點(diǎn)點(diǎn)。

這是宇宙的殘酷笑話：理論上沒(méi)什么能阻止你達(dá)到光速，但實(shí)際上所有因素都聯(lián)合起來(lái)阻止你。

那么有什么解決方案嗎？

好吧，如果你真的想"超越光速"，你有幾個(gè)選擇——但都帶著巨大的星號(hào)。

第一個(gè)選擇是蟲(chóng)洞。理論上，它們可以連接空間中的兩點(diǎn)，讓你不必真正通過(guò)中間的空間。問(wèn)題？我們不知道它們是否存在，更不用說(shuō)如何創(chuàng)造或穩(wěn)定它們了。而且如果你仔細(xì)閱讀關(guān)于蟲(chóng)洞的科學(xué)論文，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們充滿了"如果我們有負(fù)能量物質(zhì)"之類的短語(yǔ)（劇透：我們沒(méi)有）。

第二個(gè)選擇是所謂的阿爾庫(kù)比耶驅(qū)動(dòng)器。這個(gè)概念設(shè)想通過(guò)扭曲飛船前后的時(shí)空，讓飛船懸浮在一個(gè)"時(shí)空泡泡"中。飛船本身永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)光速，但時(shí)空的扭曲可以讓你比光從A點(diǎn)到B點(diǎn)更快到達(dá)。唯一的小問(wèn)題？根據(jù)最近的計(jì)算，它需要的能量大約相當(dāng)于宇宙中所有物質(zhì)的質(zhì)量。

聽(tīng)起來(lái)不太有希望，對(duì)吧？

快度與速度的實(shí)際區(qū)別

讓我們回到那個(gè)"快度"的概念，因?yàn)樗鼘?shí)際上是理解相對(duì)論速度的關(guān)鍵。快度與常規(guī)速度的關(guān)系可以用雙曲函數(shù)表示：

快度η與相對(duì)速度v的關(guān)系是：

η = arctanh(v/c)

這聽(tīng)起來(lái)可能像是數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)，但它揭示了一個(gè)基本事實(shí)：在相對(duì)論物理學(xué)中，速度增加并不像我們直覺(jué)認(rèn)為的那樣線性工作。

在低速下，快度基本上就等于速度。但當(dāng)你接近光速時(shí)，情況發(fā)生變化。你可以無(wú)限增加快度，但速度永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)c。這就像是一個(gè)數(shù)學(xué)騙局，宇宙使用了一個(gè)函數(shù)，讓無(wú)限的輸入永遠(yuǎn)產(chǎn)生小于1的輸出。

更奇妙的是，快度會(huì)線性相加（就像我們預(yù)期速度那樣），但實(shí)際速度不會(huì)。如果一艘飛船相對(duì)于地球以0.6c的速度移動(dòng)，而你相對(duì)于那艘飛船以0.6c的速度移動(dòng)，你相對(duì)于地球的速度不是1.2c（這違反了相對(duì)論），而是大約0.88c。

宇宙真是狡猾，不是嗎？

結(jié)論：宇宙最后的嘲笑

所以，當(dāng)有人告訴你"沒(méi)有東西能比光速更快"時(shí)，更準(zhǔn)確的說(shuō)法是："宇宙設(shè)計(jì)了一個(gè)極其復(fù)雜的物理黑話，以確保有質(zhì)量的物體永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到光速，更不用說(shuō)超過(guò)它了。"光速不僅僅是個(gè)限制——它是宇宙規(guī)則集中的一條基本公理。

我們圍繞光速構(gòu)建了整個(gè)物理學(xué)，從電磁學(xué)到量子場(chǎng)論，所有這些都依賴于這一不可違背的規(guī)則。如果你真能打破它，那么我們所有的物理理論都會(huì)崩潰，宇宙可能也會(huì)隨之崩潰。

幸運(yùn)的是（或者不幸的是，取決于你的野心），宇宙似乎非常擅長(zhǎng)保護(hù)自己的規(guī)則。所以光速是宇宙編程中的一行不可更改的代碼。

別試圖黑掉它，后果將會(huì)超出你的想象。