很遺憾，其實我們并不知道到底為什么，起碼目前不知道。

但是，”不知道“也是分等級的，這也是我做這么長時間科普的目的所在。如果我就給出三個字“不知道”，那是扯淡的科普啊？即使不知道，我也要弄清楚為什么“不知道”．

說白了，對于“光速限制”，目前人類的理解還停留在“知其然，但不知道其所以然”的層面。

科學(xué)家只是通過實驗和理論推到出“光速限制”的結(jié)論，但并沒有觸及底層邏輯，不知道更深層次的原因。

就像我經(jīng)?？破盏挠钪娲蟊ɡ碚?，科學(xué)家告訴我們，宇宙起源于宇宙大爆炸的奇點突然膨脹，奇點源于真空的量子漲落，但量子漲落為什么會發(fā)生？

我們并不知道。

有人可能會說，“光速限制”不是愛因斯坦的相對論推導(dǎo)出來的嗎？

相對論的質(zhì)增效應(yīng)表明，物體的速度越快，質(zhì)量就越大，當(dāng)接近光速時，質(zhì)量會趨于窮大，需要無窮大的能量才能推動其繼續(xù)加速，這顯然是不可能的。所以物體的速度不可能超光速。

愛因斯坦相對論的前提之一，的確有光速限制。但是我們必須弄清楚，相對論的誕生，其實是基于兩大假設(shè)：光速不變原理和相對性原理。

相對性原理很簡單，在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。在慣性系中，所有物理定律的表現(xiàn)形式都是相同的，等價的，沒有任何慣性系是特殊的。

比如說，很多人都有這樣的經(jīng)歷，在勻速行駛的高鐵上，有時你的感受與靜止在地面上沒有任何區(qū)別。如果不看窗外，又沒有聲音，閉上眼睛的你不可能知道自己是在高鐵還是在靜止在地面上。

重點講一講光速不變原理，這個原理與我們的生活經(jīng)驗完全相悖。

光速不變原理，指的是，在任何參考系中，測量到的光速都完全相同。

說白了，不管是站著不動測量一束光，還是跑著測量這束光，測量到的光束都恒定不變，每秒30萬公里。

也就是說，不管如何，你都不可能追上一束光，因為即便你以99%的速度追趕一束光，這束光相對你的速度仍舊是光速，而不是1%光速。

光速的這個特性完全顛覆了我們的日常生活經(jīng)驗。

日常生活中，我們認(rèn)為任何速度都是相對的，不同的運動狀態(tài)下測量到的速度肯定是不同的，但光速的不變性打破了我們的固有認(rèn)知，因為它是絕對不變的。

問題來了，光速為何如此特殊？為什么絕對不變？

答案很簡單，科學(xué)家也不知道，只是發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，然后通過實驗反復(fù)驗證。

當(dāng)然，別看我“叭叭叭”說起來很簡單，其實發(fā)現(xiàn)和驗證的過程很復(fù)雜，過程充滿了各種曲折和挑戰(zhàn)，為什么？

因為光速不變完全顛覆了人們的生活經(jīng)驗。

在幾百年前的物理學(xué)界，如果光速真的絕對不變，意味著統(tǒng)治物理學(xué)界幾百年的牛頓經(jīng)典力學(xué)會轟然倒塌，因為牛頓力學(xué)就是建立在絕對時空觀基礎(chǔ)上，而光速不變可以推導(dǎo)出“時空是相對的”。

所以，幾百年前的物理學(xué)家，對“光速不變”都嗤之以鼻，不愿意接受甚至加以諷刺。這就像你看穿越到幾千年前，告訴當(dāng)時的原始人類“地球不像你看到的那樣平的，而是圓形的”，你信不信原始人類會把你當(dāng)瘋子抓起來？

但是，偉大的麥克斯韋方程組推導(dǎo)出了光速的確是一個常數(shù)，只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)，公式中并沒有任何參照系，這意味著光速確實是絕對不變的。

而邁克爾遜莫雷實驗也表明了“光速的參照系以太”并不存在，其實這個實驗也間接證實了光速的確不變，只是當(dāng)然物理學(xué)界并不承認(rèn)，他們寧愿相信實驗過程有瑕疵。這很正常，畢竟當(dāng)時牛頓經(jīng)典力學(xué)的統(tǒng)治力太強大了，物理學(xué)界怎么可能輕易推倒統(tǒng)治幾百年的物理學(xué)大廈？

所以，當(dāng)時大多數(shù)物理學(xué)家，比如說洛倫茲，龐加萊等人通過各種“左右逢源”的方式，力?！耙蕴钡拇嬖?，目的就是維護(hù)經(jīng)典力學(xué)。洛倫茲甚至提出了洛倫茲變換，發(fā)現(xiàn)了時間膨脹和尺縮效應(yīng)，但是就是不愿意放棄絕對時空觀，最終非常遺憾，與相對論失之交臂。

而“大膽”的愛因斯坦完全拋棄了以太思想，在光速不變原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了狹義相對論，通過通過數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)除了時間膨脹效應(yīng)，尺縮效應(yīng)等。

雖然這兩個效應(yīng)與洛倫茲變換推導(dǎo)出來的結(jié)果一樣，但兩者的前提不一樣。洛倫茲是以“以太”為前提，認(rèn)為物體會在以太方向上運動會發(fā)生尺縮效應(yīng)，收縮只會發(fā)生在運動方向。該觀點的前提仍舊基于絕對的時間和空間。

而愛因斯坦認(rèn)為，物體運動時，時間和空間發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致了光速不變。兩人對時間和空間的認(rèn)知有本質(zhì)不同。

接下來，我會盡量避免使用復(fù)雜晦澀的數(shù)學(xué)公式，通俗解讀時間膨脹效應(yīng)。

假設(shè)A和B兩點相距30萬公里，也就是1光秒，你準(zhǔn)備從A點到B點，速度是光速的3600分之一，時間是1小時。

而我在B點，假設(shè)我是“千里眼”，于是在1秒后就能看到你在A點發(fā)出的光，1小時后會看到來到B點的你。

假設(shè)你帶了一個鐘表，鐘表上顯示的時間也會是1小時。

這很正常，只是簡單的數(shù)學(xué)計算，完全符合我們的日常生活經(jīng)驗。

但如果較真的話，你攜帶的鐘表時間走過的并不是1小時，只不過差異非常小，我們根本感覺不到，為什么？

因為你的速度與光速相差太大！

對于我來講，我會在一秒后看到你發(fā)出的光，然后2秒后看到你。也就是，雖然你與光的速度是一樣的，但你和光并不是同時到底我這里。

你可能會很懵逼：你在這扯淡呢？速度一樣，距離一樣，到底時間怎么可能不一樣？

別著急反駁，聽我慢慢分析。

這其實就是時間膨脹效應(yīng)（或者尺縮效應(yīng)，兩者是等價的，同時發(fā)生的，因為時間和空間是有機的整體，不可分割），我們兩個人的時間和空間一直在變化，隨著你的速度發(fā)生改變。

只不過，由于時間太短（或者速度太慢），我們很難直觀感受到時間是如何改變的。

所以我決定把一秒的時間擴大，假設(shè)你在254光年外的仙女座星系，我在地球上，你駕駛飛船以254萬倍光速的速度飛行（這里只是假設(shè)，不要抬杠說光速限制）。

那么，你到底地球需要多長時間呢？

按照我們的傳統(tǒng)理解，當(dāng)時是一年了。這是一道再簡單不過的數(shù)學(xué)題，三年級小學(xué)生都會算，距離除以速度就是時間。

但實際真的如此嗎？

非也！

事實情況是，不要說一年了，哪怕是254萬年后，我還是看不到你到達(dá)地球。

我知道，你又要懵逼了！別著急，更懵逼的還在后面。

我到底需要多久才能看到你到底地球呢？

答案是，在我看到仙女座星系發(fā)出的光到達(dá)地球之后（也就是254萬年之后），再過一年才能看到你到達(dá)地球。

但是對于你自身來講，確實只經(jīng)歷了一年就到達(dá)了地球（這里只是簡單的數(shù)學(xué)計算，實際上你根本不需要任何時間，這又是另一個宏大的話題，我舉的例子只是讓你通俗理解時間膨脹，兩者并不沖突）。

也就是說，在我眼里，你需要255萬年之后才能到達(dá)地球，按照這個結(jié)果，用距離除以時間，我們會發(fā)現(xiàn)，你的速度其實并沒有達(dá)到光速，僅為大約光速的99.99996%。

你肯定會問：這不矛盾嗎？明明已經(jīng)超光速了，為何計算結(jié)果沒有達(dá)到光速？

實際上一點也不矛盾。只能說明一點：無論你如何努力，你真的不可能達(dá)到或超越光速，只能盡可能接近光速。速度越接近光速，時間膨脹效應(yīng)越明顯。

我一開始之所以假設(shè)你超光速飛行，就是為了更直觀通俗地理解時間膨脹效應(yīng)，但很多時間，通俗往往意味著不太嚴(yán)謹(jǐn)，但對于多數(shù)普通人來講，其實這也足夠了，畢竟我們不是科學(xué)家。

說白了，結(jié)果只能表明一點：我一開始假設(shè)的超光速，其實并不是真的超光速，只是假象。

這個假設(shè)是怎么造成的呢？

聰明的你肯定猜出來了，時間膨脹造成了超光速的假象！

再來看看你眼中的地球，當(dāng)你的速度非常接近光速時，在你眼里，你的一年相當(dāng)于地球上的254萬年！

如果你的速度更快，僅需要一秒就到達(dá)地球，那么地球上的我會在什么時候看到你來到地球呢？

看到這里還不知道答案的都給我拉黑！

答案是254萬年再加上一秒！

當(dāng)然，我不可能看到你到達(dá)地球然后與你握手，能與你握手的肯定是我的重重重......孫！

而如果你到達(dá)地球后，與我的重重重......孫握手之后馬上返回仙女座星系，會發(fā)生仙女座星系的時間已經(jīng)過去了大約508萬年，你的家園和親人肯定早就不存在了。

這就是神奇的時間膨脹效應(yīng)，這個效應(yīng)的前提就是光速不變。

時間和空間可以隨時協(xié)調(diào)，保證光速的絕對不變，導(dǎo)致不管怎樣都不可能超過光速。

尺縮效應(yīng)也是一樣，這里就不多說了，因為正如剛才所講，時間膨脹和尺縮效應(yīng)是同時出現(xiàn)的，兩者是等價的，不可能出現(xiàn)“只出現(xiàn)時間膨脹，不出現(xiàn)尺縮效應(yīng)”的情況。

往深了挖，上面我舉的例子其實說白了三點：

首先，時間和空間是相對的，在不同的參照系中，時間流逝的速度是不同的。

其次，時間和空間是有機的整體，也就是時空，任何把時間和空間單獨割裂而談的行為都沒有意義，所謂的“四維時空”。時間和空間齊頭并進(jìn)，相互協(xié)作，一起保證光速絕對不變，禁止任何物體的速度超過光速。

第三，如果你真的理解了前面兩條，自己就能推導(dǎo)出第三條：任何物體在四維時空中的運動速度其實都是光速！為什么？

我們平時所講的速度，其實是指空間的速度，并不是時空的速度。比如你靜止不動時，其實是空間維度的靜止不動。當(dāng)你在空間維度靜止時，空間的速度為零，但時間維度的速度達(dá)到光速。

如果你想讓時間維度的速度變慢，必須讓空間維度的速度快起來?？臻g維度的速度越快，時間維度的速度就越慢，兩者的合成速度就是光速。這其實就是時間膨脹原理。

到這里，問題好像結(jié)束了，但好像又回到開頭了：光速為什么不變？

我的回答也是一開始就給出來了，三個字：不知道。

科學(xué)家只是發(fā)現(xiàn)了光速絕對不變，但沒有辦法完全證明，這其實正是科學(xué)的本質(zhì)所在。

說白了，光速不變就是一個假設(shè)，公設(shè)，或者說公理。

公理本身并不需要解釋，只需要你承認(rèn)，當(dāng)然也可以不承認(rèn)，假設(shè)的東西為什么一定要承認(rèn)呢？

我們遇到的很多公理都符合日常生活認(rèn)知，比如說“兩點之間直線段最短”這個公理，連狗都明白：你扔一塊骨頭，狗肯定會沿著直線追骨頭！

但人類的認(rèn)知是有局限性的，很多時候我們的傳統(tǒng)生活經(jīng)驗并不符合事實。當(dāng)我們的傳統(tǒng)認(rèn)知與實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)相悖時，該選擇哪個呢？

當(dāng)然選擇實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，畢竟實驗過程不會說謊，是客觀存在的，人類的日常認(rèn)知是主觀的有局限性的。

當(dāng)然，你要硬要犟的話，實驗過程也不是客觀的，甚至說沒有任何東西是客觀的，我也無法可說，陷入了虛無主義了，還有什么能說的呢？

這其實就暗示了虛擬世界，又是另個一很有爭議的話題。

就到這里吧！