光速为何无法超越？背后的真相竟是因果律，硬核科普带你刷新认知

自爱因斯坦的相对论百年前问世后，光速一词就在大众心中占据了一种莫名的神圣地位。

一方面，他们很难接受时间会随速度提高而变慢的客观事实，另一方面，却又热衷于传播超越光速可导致时光倒流这一荒谬言论，为何荒谬，因为光速不可超越，那又是谁禁止了超光速？是相对论吗？不，其实是一个更本质的真相，那就是因果律。

我相信这一观点，可能有很多朋友都没有听说过，因为在现在的这个科普大环境下，大家最容易接收到的解释有这两种：

第一种：狭义相对论有个结论，物体的质量会随着速度增加而增大，因而在速度接近光速时，物体质量会趋向于无穷大，因此想要进一步加速，就要耗费无穷多的能量，显然这是不可能发生的事情，因此光速不可超越

第二种解释：狭义相对论有个底层的数学框架，洛伦兹变换，里面有个因子非常重要，如图，v是速度，c是光速，由于根号里面不能是负数，并且分母也不能为零，因此速度v就要小于光速c

不过这里要强调一下了，就是刚才这个数学式，根号内不能是负数，前提是在实数系讨论这个问题，所以一旦我们将其扩充到虚数，那也就没什么数学限制了，至于分母不为零，这个更好解决，把分母移到等式另一边就行了，所以实际上在数学层面，并没有限制速度不能超光速。

也就是说物体也能拥有虚质量，可能有些人会认为我在瞎扯，但实际上这类的物理理论是存在过的，比如说一类从未探测到的粒子，叫做快子

并且这个东西是完全符合狭义相对论的，虽然它的速度是大于光速的，是不是又更加感到懵逼了，其实我们可以认真思考一下，狭义相对论只有两条基础原理，一个是狭义相对性原理，一个是光速不变，并没有直接说谁谁谁的速度不能比光速大。

因此我们这里说的快子，实际上就是一种生来速度就比光速快的物质，就如同光子生来就是光速一般，只不过快子的速度有个下限，就是不能低于光速。

然而不论是我们正常世界里的超光速，还是快子那样镜像式的超光速，都不可能实现，因为它们都违背了一个更加被人们所认同的规则，因果律，因为速度大于光速的物体，会直接破坏因果联系，就好比开枪射击靶子，开枪在前，中靶在后，无论如何都不可能先中靶，再开枪对吧？

那么因果律到底是如何与超光速联系上的呢？

我们还是以开枪这件事作为例子，因为我们的探讨是建立在狭义相对论框架下的

因此至少需要准备两个惯性参考系，比方说参考系K，讨论平面空间上的情况，K的坐标系为直角坐标系，另一个参考系为k撇，以速度v匀速沿着x轴运动，此时在空间某地有人开枪射靶。

首先k系，开枪的时间设为t1，中靶时间为t2，子弹射出时的空间位置为x1，中靶位置为x2，因此就有一个时间和空间的间隔，Δt=t2-t1，Δx=x2-x1，其实当间隔极短时，我们可以用微积分的写法，把Δ改成d，不过写法的变换是无所谓的啊，同样的分析方式用在k撇系上，也有类似结论

很显眼，由于同时的相对性，这两个时间间隔并不相等，考虑到洛伦兹变换，里面给出了t与t撇的关系，这里的伽马代表的是这个数学式，因此两个时间间隔的联系也可推导出

这时候我们就要考虑了，从哪个地方把因果律合理地安排进狭义相对论呢？很简单，那就是时间间隔，因为先开枪后中靶，这是一个铁的事实，不论你是从K系还是k撇系，都会有这个事实发生，也就是先因后果，对应的就是Δt和Δt撇都是大于零的。

因此就在Δt大于零的条件下，看看在特殊的情况下Δt撇会小于零，如果能找到这个情况，那么根据因果律的要求，这种情况就必须被否定，被摒弃！否则就会发生先果后因的事情了。

为了找到这个特殊情况，我们设Δt撇小于零，也就意味着等式右边要小于零，最后算下来也就是（下图式子）大于光速平方

请注意，这里的v是参考系之间的相对速度，Δx/Δt是子弹相对于参考系K的速度，这二者之积要大于光速平方，可以得到结论，这二者必有一个大于光速，这个式子才能成立。

所以很幸运，这个特殊的情况被我们找到了，为了满足因果律，不论是参考系之间的速度，还是物体对于参考系的速度，都不能大于光速，否则就会导致因果联系被破坏。

因此我们只能设定，物体的运行速度或者是信号传播速度都不能大于光速，这才有了标题所言的是因果律禁止了超光速现象的出现。