深度长文：光速为什么不能被超越？（建议收藏）

简单回答：没有原因，就是这样的！

或者说，人类只知道光速确实不能被超越，但直到目前为止也不知道到底为什么不能被超越。

也就是说，对于光速不能被超越这个事实，人类还处于“只知其然不知其所以然”的阶段。科学家只是通过实验或者理论上分析出了“光速不可超越”这个结论，但并不知道更深层的原因。

你可能会说“光速不可超越”是爱因斯坦的相对论推导出来的结论，速度越快质量就越大，当物体的速度无限接近光速时，质量就会无穷大，显然这是不可能的，所以任何物体的速度都不可能超过光速。

在爱因斯坦的相对论体系下，光速的确是不可超越的，但我们需要明白，相对论本身就是建立在两大假设的基础上提出来的，这两大假设分别是：光速不变原理和相对性原理。

相对性原理，这里不再详述了，非常符合我们的日常生活认知，简单讲就是：在惯性系下，所有的物理定律都表现为相同的形式。举个简单的例子，在一列匀速直线行驶的火车上，你的感受与静止在地面上的感受是完全相同的，如果闭上眼睛，不观看外面环境，你根本无法区分自己是在火车上还是静止在地面上。

这里重点讲一下光速不变原理，爱因斯坦的相对论体系下的所有公式，基本上都是在这个原理的基础上推导出来的，包括光速不可超越这个结论，同样是因为光速不变。

光速不变，具体什么意思呢？很简单，并不是说“光速在真空中的速度保持每秒30万公里不变”，而是说在任何参照系下测量到的光速都保持不变。

也就是说，面对同样一束光，无论你是面向那束光运动，还是背向那束光运动，在你眼里，那束光的速度都不会有任何改变，都是每秒30万公里。

也就是说，无论你以多快的速度追赶那束光，你永远都追不上，因为那束光相对你来讲，永远都会保持每秒30万公里的速度。

光速不变违背了我们的日常生活认知，毕竟在我们的固有思维里，任何速度都是相对的，运动状态不同，测量到的速度就会有所不同。但光速竟然是绝对的，不管你在任何运动状态下，在任何参照系下，测量到的光速都是一样的。

那么，光速为什么不变？其实也是没有原因的，科学家们只是发现了“光速不变”这个事实，然后通过实验反复验证得出来的结果。

具体过程当然是相当复杂的，也充满了各种坎坷，毕竟如果光速真的是不变的，意味着统治科学界几百年的牛顿经典力学就轰然倒塌了，因为牛顿经典力学的基础是绝对时空观，而光速不变意味着时空是相对的。

但是麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式表明，光速的确是一个常数，意味着光速就是不变的，是绝对的。而且之后的很多实验，比如说迈克尔逊莫雷实验，结果都表明“光速的参照系以太”是不存在的，其实也间接表明了光速不变。

既然理论和实践都指向了“光速不变”，科学家们没有理由不做出“光速不变”的结论。爱因斯坦就是假定了光速是不变的，在此基础上利用数学模型推导出了钟慢效应（时间膨胀效应），尺缩效应等相对论公式。

当然，不管是时间膨胀效应，还是尺缩效应，不仅仅体现在理论上，也通过了实验验证。比如说，我们平时开车经常用的卫星导航系统，都是经过时间膨胀效应校正之后，才实现的精准定位。

下面就尽量以通俗的方式理解“时间膨胀效应”，尽量不涉及任何数学公式。

这里假设有A和B两点，相距30万公里，也就是光速飞行一秒的距离。假设你从A运动到B的时间为1小时，也就是说，你的速度为光速的3600分之一。

再假设我在B点，那么，我会在一秒之后看到光，在一小时之后看到你。如果你口袋里随身带着一个时钟，时钟走过的时间也会是一小时。

到这里一切都很正常，但其实已经不正常了。其实你口袋里的时钟走过的时间并不是正好一小时，只不过由于你的速度还是太慢（相对光速），你根本感觉不到微小的差异。

现在假如你的速度达到每秒30万公里，也就是光速，那么从A点到B点的过程，你的用时也会是一秒钟。

这样的结果看起来也很正常，但其实一点也不正常，很反常了。

当然，反常的并不是你以光速飞行，无论如何你都不可能达到光速，这里假设你无限接近光速，方便起见，就算作你以光速飞行。

但是你真的达到光速了吗？单纯从速度来讲，你确实以光速飞行了，这是毫无疑问的。但问题就在于，即便你以光速飞行，对于你来讲，光本身还是比你要快，光相对你的速度仍旧是每秒30万公里。

对于我来讲，一秒之后看到光，而在2秒之后才会看到你。说白了，即便你的速度达到了光速，你和光并不是同时到达我这里。

也就是说，对于我来讲，你的速度其实只有光速的一半。但是对于你自身来讲，你的速度确实是光速每秒30万公里，所以你口袋里的时钟显示的用时就是1秒。

反常的点就在这里：我口袋里的时钟显示你从A点到B点的用时为2秒，但你口袋里的时钟显示的用时为1秒，而且无论你的速度有多快，哪怕远超光速，结果都是如此。这说明什么？

说明你和我的相对时间一直在变化，随着你的速度的变化而变化，其实这就是所谓的“时间膨胀效应”或者“钟慢效应”，在我眼里，你的时间变慢了。

当然，1秒的时间太短暂，很难被直观地感受时间到底是如何变慢的。如果把A点和B点的距离不断扩大，比如说扩大到银河系和仙女座星系之间的距离，大约254万光年，就能很明显地感受到时间膨胀效应了。

现在，做一个这样的假设，某个超级发达的外星文明研制出了超光速飞行器，速度可以达到光速的254万倍，不要纠结超光速是否可行，也不要在意人家是如何研究出来如此高级的飞行器，记住：只是假设。而且254万倍光速也只是更方便分析。

那么，按照我们的思维理解，这个飞行器飞到我们的地球，正好需要1年时间，这只是简单的数学计算，距离是254万光年，速度是254万倍光速，所用时间正好是一年。

但事实果真如此吗？我们真的能在一年之后看到外星文明的飞船吗？

并不是，事实上不要说一年了，哪怕是254万年之后，我们仍不会看到外星飞船的到来。

这是怎么回事呢？我们需要多久才能等到外星飞船到达地球呢？

真实的过程是这样的，我们需要先看到从仙女座星系发出的光到达地球，一年之后才能看到外星飞船的到来。

仙女座星系发出的光到达地球需要多长时间呢？254万年！也就是说，254万年之后再等一年才能看到外星飞船！但是对于外星人来讲，他们自身的时间的确只过去了一年。

这就表明一点：外星飞船里的一年，相当于地球上的254万年再加上一年。我们再用速度等于距离除以时间来计算外星飞船的速度，就会发现，这个速度并没有达到光速，只相当于光速的99.99996063%。

是不是很神奇：明明外星飞船的速度已经达到了光速的254万倍，最后计算出来的速度连光速都没有达到，为什么会这样？是不是前后矛盾了？

其实一点也不矛盾。结果只能说明一点：不管外星飞船的速度有多快，其实最终也只能以无限接近光速的速度飞行，越是接近光速，引发的时间膨胀效应就越明显。

之所以一开始我们假设飞船的速度远超光速，只是为了更直观理解时间膨胀效应。而最终也只能说明一个结果：一开始我们假设的超光速，本质上只是时间膨胀效应引起的假象罢了，其实飞船本身并没有超光速。

再回过头来看看，实际上从仙女座星系到地球的假设，就相当于一个事实：当外星飞船的速度非常接近光速时，飞船上的一年就相当于地球上的254万年！

如果外星飞船的速度更快，快到在他们感觉只需要一秒就能到达地球，但是地球上的人类想要看到外星飞船，也需要等待254万年然后再加上一秒的时间！

也就是说，如果此时此刻有一个仙女座星系上的外星人与你同岁，假设都是20岁吧，外星人驾驶飞船以无限接近光速的速度飞向地球，在他看来只需要一秒时间。

你以为这个外星人到达地球之后就能与你握手示好了吗？恐怕只能与你的重重重重...孙子握手了。因为外星人经历的短短的一秒，地球时间已经过去了254万年！

而当外星人与人类握手之后，马上返回仙女座星系，又会发现外星人所在的星球时间已经过去了508万年了，他们的星球也已经沧海桑田了！

这就是时间膨胀效应，这个效应的前提就是光速不变。而正是因为时间膨胀效应，或者光速不变的存在，才会导致无论如何都不可能超越光速！

理解了时间膨胀效应，尺缩效应就很好理解了，其实两种效应是同时出现的，因为两者是等价的，时间和空间是有机的整体，不可能出现“只有时间膨胀效应而没有尺缩效应”的情况。

还拿刚才的例子来说明。外星飞船以254万倍光速飞行，其实并没有真正达到超光速的速度，刚才也讲了，是时间膨胀效应造成的假象，而时间膨胀与尺缩效应又是等价的，所以我们也可以说是“尺缩效应”造成的假象。

具体来讲就是，实际上外星飞船只能以无限接近光速的速度飞行，只不过由于飞船速度无限接近光速引发了明显的尺缩效应，说白了，在外星飞船以无限接近光速飞行的一瞬间，仙女座星系与地球之间的空间距离无限缩短，缩短为原来的254万倍，用距离除以飞船的速度，我们会发现，外星飞船到底地球仍旧需要一年时间。

而上面的例子恰恰再次说明了两点：

第一，时间和空间是相对的，不同参照系下时间和空间是不同的。

第二，时间和空间在任何时候都是有机的整体，不能单独存在，这也就是我们所谓的“四维时空”概念。时间和空间的变化是同步的，也是等价的，两者必须同时变化，最终的目的就是保证“光速不变”，实际上也就是限制任何物体以超光速飞行。

总结

不管是时间膨胀效应，尺缩效应，还是光速限制，根本原因就在于四个字：光速不变。

但，为什么光速是不变的呢？

送你三个字：不知道！

人们只是发现了光速确实是不变的，说白了，“光速不变”就是假设，也是公理。公理本身就不需要理由，只需要你认同，当然也可以不认同。

就像“两点之间线段最短”这个公理一样，如果你问“为什么”其实也是没有意义的，非得问的话同样只能送给你三个字：不知道！