眾所周知，宇宙中的最快速度是299792458米/秒，這個(gè)數(shù)字代表了光速，是所有形式能量能觸及的極限。

引力波、光子，甚至理論上的膠子，都以這個(gè)速度飛馳。科學(xué)家們稱之為宇宙極限速度，即C。

重要的是，我們需要理解，這個(gè)速度并不是光的專利，無質(zhì)量的粒子都能夠達(dá)到這個(gè)速度。

但無論人類多么努力，我們似乎永遠(yuǎn)無法觸及光速的邊緣。為什么？

答案其實(shí)并不復(fù)雜，只因我們攜帶著質(zhì)量。盡管物理學(xué)并未禁止我們達(dá)到光速，條件是擁有無窮無盡的能量，這對(duì)我們目前科技水平而言，是天方夜譚。

然而，盡管我們?nèi)祟愖霾坏剑钪鎱s能輕而易舉地賦予一個(gè)粒子超光速的能量——這在超新星、類星體、黑洞中不過是小菜一碟。但為何我們至今未見超光速的粒子呢？在擁有強(qiáng)大能量的前提下，為何所有粒子的速度都被限制在299792458米/秒之下？

在歐洲核子研究中心(CERN)，我們將粒子加速到接近光速的程度，并發(fā)現(xiàn)了神秘的希格斯玻色子。

通過質(zhì)子間的猛烈撞擊，我們制造出了接近極限速度的高能粒子，其能量上限僅受制于愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc^2，理論上可釋放粒子內(nèi)在的全部能量。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，這個(gè)速度甚至一度達(dá)到299792455米/秒，成為地球上速度最快的質(zhì)子。

但速度的極限并不止于此。

質(zhì)子雖重，但圍繞它旋轉(zhuǎn)的電子質(zhì)量卻輕得多，僅比質(zhì)子輕1836倍。這意味著加速電子至相同速度所需的能量遠(yuǎn)低于質(zhì)子。

大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)LEP能將電子加速到驚人的速度，即299792457.9964米/秒，或者說99.99999988%C，只比真空中的光慢3.6毫米/秒！

然而，這些都僅是人類在地球上所能達(dá)到的成就。我們使用超導(dǎo)電磁加速器，依靠微不足道的化學(xué)能源獲得能量，與宇宙中的能量相比實(shí)在微不足道。

在宇宙間，活躍著坍塌的恒星、超新星和巨型黑洞，它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球上我們所制造的磁場(chǎng)的數(shù)十億倍。宇宙射線主要由高能質(zhì)子構(gòu)成，穿梭于宇宙空間，其攜帶的能量與我們加速器中的粒子相比，根本不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。

宇宙的高能粒子在產(chǎn)生時(shí)，其能量已經(jīng)不再以Gev、Tev或Pev來度量，而是一路飆升至10^19 ev以上！

面對(duì)如此高的能量，很多人會(huì)有疑問：這些質(zhì)量粒子會(huì)不會(huì)被加速到光速甚至超過光速呢？理論上答案是肯定的，只要有足夠的能量支持加速。

但宇宙似乎對(duì)物質(zhì)攜帶的能量施加了某種限制，因?yàn)楫?dāng)能量超過5×10^19 eV時(shí)，宇宙不再允許粒子維持在這一能量水平。

無論最初創(chuàng)造的粒子攜帶了多少能量，它們?cè)趥鞑ミ^程中都必須穿越大爆炸留下的微波輻射背景。這些微波光子的平均能量極低，僅為0.00023電子伏。

正是這些微弱的輻射，在悄無聲息中塑造了宇宙的速度極限。當(dāng)高能帶電粒子穿過這些微波輻射時(shí)，它們有可能與光子發(fā)生相互作用，根據(jù)質(zhì)能方程E=mc^2，形成新的粒子。

粒子并不能無中生有獲取能量，能量必須來自其所在的系統(tǒng)。

當(dāng)高能粒子的能量達(dá)到10^17ev時(shí)，就會(huì)在碰撞中產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)，盡管這是一個(gè)非常低效的過程，粒子可以在此能量水平上傳播數(shù)億光年。然而，更高能量的粒子碰撞會(huì)產(chǎn)生最輕的強(qiáng)相互作用粒子——中性π介子，每個(gè)π介子會(huì)消耗135Mev的能量。

存在一個(gè)被稱為GZK極限的能量閾值，高于5×10^19 eV的高能粒子在與微波輻射相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)射中性π介子，直到能量降至該閾值以下。（如果高能粒子擁有更高能量，會(huì)生成其他粒子，導(dǎo)致能量更快地?fù)p失。）GZK極限是基于理論預(yù)測(cè)，描述了來自遙遠(yuǎn)宇宙的高能射線應(yīng)該具有的理論極限值。

最近幾年，一些科學(xué)家提出地球上觀測(cè)到的宇宙射線中粒子的能量可能超越了GZK極限，這可能意味著觀測(cè)到的高能粒子很可能是在我們銀河系中產(chǎn)生，由于傳播距離短，能量還未來得及降低到極限值以下。

當(dāng)然，這也可能是因?yàn)槲覀儗?duì)相對(duì)論的理解有誤（這幾乎不可能）。另一個(gè)更被廣泛接受的解釋是，我們對(duì)這些前所未有的高能量粒子的測(cè)量存在問題。

當(dāng)前，最先進(jìn)的宇宙高能粒子觀測(cè)設(shè)備——皮埃爾·奧格天文臺(tái)和高分辨率復(fù)眼實(shí)驗(yàn)——尚未發(fā)現(xiàn)任何超過5×10^19 eV的宇宙射線。

想象一下，當(dāng)一個(gè)質(zhì)子以GZK極限的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，這意味著它已經(jīng)接近了極限速度，即光速。

讓我們從數(shù)字上感受一下這個(gè)速度：299792457.99999999999999999999918米/每秒——幾乎與光速無異。

想象一下，一個(gè)擁有GZK極限能量的質(zhì)子與一個(gè)光子比賽，飛向我們最近的鄰居——比鄰星。毫無疑問，光子會(huì)首先到達(dá)，但質(zhì)子僅落后22微米，700飛秒后到達(dá)。如果質(zhì)子和光子一起飛向仙女座星系再返回，這個(gè)旅程需要近500萬年，質(zhì)子可能只會(huì)遲到大約13秒。

我們所知的每一個(gè)帶電粒子、每一束宇宙射線、每一個(gè)質(zhì)子、每一個(gè)原子核都受到宇宙極限速度的制約！實(shí)際上，它只比光速慢了一點(diǎn)點(diǎn)。

因此，當(dāng)我們夢(mèng)想在宇宙中超光速旅行時(shí)，這個(gè)想法實(shí)際上非常危險(xiǎn)，因?yàn)閬碜杂钪娲蟊ǖ奈⒉ㄝ椛鋾?huì)立即與我們發(fā)生相互作用，不僅損耗能量，還可能順便將我們烤焦！

這就是宇宙限制所有物質(zhì)速度的根本原因。