爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,任何有静质量的物体的速度都不可能达到或者超过光速,这也是所谓的光速极限,宇宙中的速度极限就是光速。
那么,为什么拥有静质量的物体的速度都不可能达到或超越光速呢?
狭义相对论中可以推导出质增效应,物体的质量会随着速度的变大而增加,当物体的速度接无限近光速时,质量就会变得无穷大,这时候再让物体加速,就需要无穷大的能量才可以,整个宇宙的能量都做不到,所以,这个物体的速度是不可能达到或者超越光速的。
这里需要强调一点,所谓的“光速限制”中的光速,并不仅仅指光在真空中的速度,光速是四维时空的固有属性,是一种内在秉性,只与四维时空本身有关。
也就是说,光速限制是四维时空的固有特性。宇宙,其实并不存在光速限制,限制的只是四维时空的界限。说白了,一旦超越光速,物体就脱离了四维时空,不再属于四维时空的一部分,自然也不在我们的宇宙了。
也就是说,一旦物体达到或者超越光速,就不再以我们熟悉的方式存在,而是以别的方式存在,只有什么方式,我们不得而知,可能永远也不知道,因为我们无法脱离四维时空存在。
所以说,并不是宇宙限制了光速,恰恰相反,而是光速限制了我们的宇宙,限制了四维时空。
前面说过,光速并不仅仅指光的速度,而是四维时空的固有属性,不仅仅光的速度是光速,胶子的速度,引力波的速度都是光速,这些都与四维时空息息相关。
而且,光速还有一个非常重要的特性,那就是光速的绝对性,光速不变原理。光速,相对于任何参照系都保持不变,也就是说光速是绝对的。
按照我们的日常生活经验,只要提到速度,都需要有参照系才有意义。比如说,在地球上我们通常所说的速度基本上都是默认地面为参照系。没有参照系的速度毫无意义。
但是光速恰恰打破了我们的传统认知,光速根本就不需要参照系,或者说光速相对于任何参照系都保持不变,光速的这个特性大大违背了我们的传统认知。
举个通俗的例子。我呆在地球上静止不动,你乘坐飞船以0.9倍光速的速度飞向天空,假设飞船足够大,你在飞船里相对飞船以0.9倍光速的速度飞行。那么在我眼里,你的速度是多少呢?
按照我们经常用的速度叠加来计算,你的速度应该是飞船的速度加上你自身的飞行速度,也就是1.8倍光速,这不是超光速了吗?
其实并不是1.8倍光速,在我眼里,你的速度仍旧达不到光速,只是非常接近光速。因为我们平时所用的速度叠加公式是以绝对时空观为基础的,在绝对时空观体系下,你的速度确实超光了。
但是爱因斯坦告诉我们,时空并不是绝对的,而是相对的,这种相对性就可以看做是光速限制。
时间和空间,也就是时空结构会随着速度的变化做出相应改变,以保证最终的速度无论如何都不可能超过光速。体现出来的就是时间膨胀效应和尺缩效应,两者是等价的,分别对应时间和空间,而时间和空间又是有机的整体。
平时我们用到的速度相对光速都非常小,对时间和空间的影响完全可以忽略不计,所以我们直接用速度叠加公式来计算相对速度就可以了。但是一旦速度达到亚光速,就必须考虑速度对时空结构的影响,这时候直接用速度叠加公式,也就是伽利略变换误差就很大的,需要用到更精确的洛伦兹变换公式。
从公式中可以看出,无论V1和V2多大,最终的速度都不可能超过光速。
其实这也是光速不变原理的另一种表现形式。再举个例子,有一束光,无论你以多快的速度追这束光,你不但追不上这束光,而且在你眼里,这束光的速度永远是光速,哪怕你的速度达到光速的几十倍,你也永远追不上那束光!
也就是说,无论速度快慢,那束光的速度都保持不变。这就是光速的绝对性,本质上体现出了时空的相对性,为了迎合光速的这种“霸道”行为,意味着某些东西必须做出妥协,做出相应改变,才能使得光速在不同参照系下都保持恒定不变。
而这些东西正是时间和空间,也就是四维时空。这再次说明了光速并不是宇宙的速度极限,当然宇宙也没有限制光速。应该说四维时空限制了光速或许更贴切一点。
说白了,光速就是四维时空的分界线。只要在四维时空里,你就无法超越光速。言外之意,一旦超越光速,就脱离了四维时空。或者说想要脱离四维时空就必须让速度超过光速。
脱离了四维时空最终会到哪里了?是不是高维度时空呢?
我们目前不知道,或许永远也不知道。高维度完全就是一个虚幻的抽象概念,不要说理解高维度了,我们甚至无法想象高维度到底是什么状态!
这与人类科技水平高度无关,而是局限性彻底锁死了人类的想象力,我们的所有想象都局限在四维时空里,根本无法突破。
这就像人类其实根本无法想象出现实中不存在的东西,所谓的“妖魔鬼怪”等现实中不存在的东西,其实都能在现实中找到它们的模板!
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