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深層解讀:宇宙為何存在「光速限制」?不限制不行嗎?
2023/05/05

我們都知道,宇宙中存在「光速限制」,最大速度為光速。那麼宇宙為什麼要限制光速,不限制不行嗎?

確實不行,因為光速與四維時空息息相關,是四維時空的固有屬性。光速與時間和空間,也就是「時空」結構密不可分。說白了,限制光速的其實就是四維時空,也就是時間和空間。

簡單講, 速度可以讓時間變慢,而光速會讓時間停止。如果超過光速,時間就會倒退,這是大自然所不允許的。

要理解光速和時間的這種關系,我們需要了解非常重要的一點:我們所在的四維時空是相對的,速度會影響時間的流逝,嚴格來講,地球上的每個人對時間的感受都是不一樣的。

當然,除了速度之外,引力同樣會影響時間,這里就不展開討論了,只討論速度對時間的影響。

舉個例子:你乘坐一艘飛船飛向一光年外的星球,飛船的速度無限接近光速。你所在的時空與外部觀察者的時空就會完全不同,你們所在的時空都是獨立的,事實上每個人的時空都是獨立的,只是只有速度非常接近光速才能感受到這種獨立性。

于是,在觀察者眼里,你需要飛行一年才能到達目的地。但是對于你來講,根本不用一年,只需要幾分鐘甚至幾秒鐘就能到達一光年外的星球,只要你速度足夠接近光速,可以瞬間到達。

而在牛頓經典力學體系下,時空絕對的,任何人對時間的感受都是一樣的。但是愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,絕對時空觀是錯的。

為什麼我們不能感受到時空的相對性呢?原因很簡單,因為我們生活中經歷的速度與光速相比太慢了,速度對時間的影響微乎其微,可以忽略不計。所以直覺就會告訴我們:每個人的時間都是一樣的。

對于上面的例子,可能你會有這樣的疑問:

一光年的距離,不就是光飛行一年的距離嗎?怎麼可能瞬間就到達一光年外的星球呢?

所謂的「一年」,只是地球上的我們眼里的一年,是以地球為參照系算出來的一年。而接近光速飛行的你,完全處于另一套參照系,感受到的時空與地球時空完全不同,當然不能用地球時間去衡量了。

接近光速飛行的你,不但時間會變慢,距離也會縮短,而且兩者是同時發生的。

因為時間和空間是有機的整體,所以時間變慢和尺縮效應必須同時出現。如果時間上不是很好理解,用尺縮效應就更好理解了。當你以無限接近光速的速度飛行時,一光年的距離在你眼里會縮短到「近在咫尺」,你甚至只需要一抬腳就能到達。

當你的速度無限接近光速時,你甚至都無法度過你的一生。

為什麼?

因為在外部觀察者眼里,你的時間幾乎停止,你經歷的短短一秒鐘,外部世界可能已經過去了成千上萬年時間。所以,你還沒來得及度過你的一生,整個宇宙都已經毀滅了!

所以,如果光子有人類那樣的意識的話,它根本感覺不到時間,因為光子眼里沒有時間概念,沒有過去和未來,只有現在。

在我們眼里,光子的時間就是「暫停」的!

你可能還有疑問:我們不是經常說「太陽光到達地球需要大約8分鐘時間嗎?」

上面其實已經回答這樣的問題了,所謂的「8分鐘」是以地球為參照系計算出來的,也就是說,在人類眼里,太陽光到達地球需要8分鐘。其實這就是簡單的時間計算,用距離除以光速得出來的結果。

而對于太陽光來講,它到達地球不需要任何時間,瞬間到達。不要說到達地球了,光子甚至可以瞬間穿越整個宇宙!

所以,理論上,只要速度能無限接近光速,你就有機會看到宇宙的末日。

可能你飛行一天,地球就毀滅了。飛行十天,銀河系也毀滅了。然后繼續飛行一個月,宇宙也徹底毀滅!

速度可以讓時間變慢,但同時我們也可以說「 速度也可以讓時間快進」。前者是對于自身而言,后者是相對外部觀察者而言!

開頭也說了,速度的這種特性與四維時空息息相關,所以宇宙萬物的存在,離不開四維時空。

而四維時空限制了速度,速度的最大值就是光速,所以我們不能回到過去,只能不斷地前往未來。

速度可以讓時間變慢,而光速可以讓時間暫停!

時間暫停了,意味著哪怕在遙遠的距離,你都可以瞬間到達。比如說,光速飛行的你,可以瞬間穿越整個宇宙,不需要花費任何時間。

明白了光速和時間的這種關系,還有必要了解一下有關參照系的困惑。

雖然我們生活的時空是相對的,但由于我們平時經歷的速度和引力都很小,所以我們并不能感受到時空的相對性,日常生活經驗告訴我們:時空還是絕對的。

比如說你感受到的一秒,與我感受到的一秒并不會有什麼不同。其實我們兩人對一秒的感受確實有些許的差異,只不過這種差異實在太小了,我們根本感覺不到,也不會對我們日常生活有任何影響。

不過一旦速度來到亞光速,這種差異就會變得非常大,這時候就必須考慮到差異可能對我們日常生活的影響了!

事實上,這種情況早就出現在了我們日常生活中,就在你我身邊,這就是:衛星導航系統。

我們平時開車時使用的導航,需要衛星來定位。由于天上的衛星速度很快,時間就會變慢。雖然衛星的速度與光速相比還是很慢,但日積月累對時間的影響就非常明顯了。

再加上導航系統對精確度的要求非常高,任何微小的差異都可能把我們導航到「溝里」去,所以必須充分考慮到衛星由于速度快導致的時間變慢,人為地對衛星上的時鐘進行校正,否則導航系統會徹底失效。

通過計算可以得出,衛星上的一秒要比地面上的一秒慢一千億分之八秒,看起來微不足道,但就是這微不足道的一千億分之八秒,就可能讓導航系統誤差很大。

當然,對衛星上的時鐘進行校正時,除了速度之外,還需要考慮到引力對時間的影響,雙重考慮才能讓導航正常工作。

總之就是, 四維時空里,光速就是最快的速度。理論上分析,如果你想超越光速,只需要脫離四維時空就可以做到了,比如說更高維度的時空里,你可以隨意超越光速,甚至那里的最低速度就是光速,你必須以超光速飛行才可以。

但問題就在于:你本身就是四維時空的一部分,就是四維時空的產物,脫離了四維時空的你,還是「你」自己嗎?

最后還有一個問題:有品質的物體的速度為什麼不能達到光速?

根據愛因斯坦狹義相對論中的質增效應,物體的品質會隨著速度的增加而變大。當物體的速度無限接近光速時,物體的品質就達到無窮大。無窮大的品質意味著什麼?

意味著物體周圍的時空早就坍縮為黑洞了。而黑洞吞噬一切物體,相當于物體掉進黑洞里了,無論如何都出不來了。

不得不承認,大自然如此巧妙地限制萬物達到或超越光速,就好像背后有一只無形的手在操控一切,一切都好像是完美的設計......

到底是誰設計的?

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