大自然为什么存在光速限制？不限制不行吗？

有光速和光速限制的问题，不得不提爱因斯坦的狭义相对论。没办法，狭义相对论就是为光速而生的。

有些小伙伴可能就是看不惯狭义相对论：为什么你总是用狭义相对论去解释？难道狭义相对论就是真理吗？

我只能说，任何科学理论都不是真理，这是科学的本质决定的。但是我没有任何拒绝狭义相对论的理由，过去的一百多年时间里，其实科学家们一直在通过各种方式验证狭义相对论，而验证的过程说不好听点就是“质疑的过程”。

但是，你也看到了，一百多年过去了，狭义相对论仍旧屹立不倒。我又有什么理由拒绝用狭义相对论来说事呢？

从物理学角度来讲，光速限制是狭义相对论推导出来的结论之一。当然，你也可以认为光速限制是大自然或者四维时空的固有属性，只是理解方式不同罢了，其实并没有什么本质不同。

下面就从狭义相对论角度来分析，看看爱因斯坦是如何得出“光速限制”这个结论的。

最重要的一点，我们需要明白爱因斯提是如何创建狭义相对论的。简单来讲，狭义相对论是建立在两条基本假设的基础上，创建了狭义相对论的。

这两条基本假设分别是：

1.光速不变原理。光速在所有惯性参照系中都保持不变。

2.相对性原理。在所有惯性参照系中，物理定律的表现形式都不变。

狭义相对论得出的所有结论和推导出来的公式，都是基于以上两条假设得出的。甚至我们可以这么讲，狭义相对论之所以如此伟大，其实本质来讲并不是因为得出的结论很伟大，而是那两条假设很伟大。

因为，只要有了那两条假设，不用太复杂的数学计算，很多人都能推导出狭义相对论下的公式，比如说时间膨胀公式，尺缩效应公式，质增效应公式还有质能方程公式等。

你可能会问：爱因斯坦为什么会提出那两条假设？又如何保证那两条假设是对的呢？

其实这就说来话长了，之前的科普有详细讲述过，这里就长话短说。

简单讲，假设的东西没有为什么，你只需要接受或者不接受就行了，根本没有质疑的必要和意义。当然，你也可以提出自己的假设代替爱因斯坦的假设，然后在你的假设的基础上，创建自己的理论。

但前提是你的假设首先要自洽，不能自相矛盾，然后还要比爱因斯坦的假设更能解决实际矛盾和问题，不然大家都是假设，凭什么要接受你的假设呢？

还有，任何假设当然不是拍脑门想出来的，而是经过长时间的沉淀才得出来的。假设的东西可以不符合人们的日常生活经验，但必须经得起实验的验证。毕竟人们的日常生活经验通常都是有局限性的，但实验是不会说谎的。

就像“光速不变原理”和“相对性原理”，两者就不一样，前者并不符合人们的日常生活经验，因为光速不变认为光速与其他任何速度叠加之后仍旧是光速，这在我们看来是不可想象的，你以0.9倍光速追赶一束光，在你眼里这束光的速度仍旧是光速，是不是很难接受？

但实验证明确实如此。这时候我们就不能完全依赖人们的生活经验了，必须用实验结果来说话，结果就证明，光速的确是不变的。

而相对性原理就非常符合我们的日常生活经验，表明在所有惯性系中，物理定律都是等价的。举个例子就明白了，在一列匀速直线形式的火车上，你的感受与待在地面上的感受是完全相同的。如果闭上双眼，假设火车不会发出任何声音，你不可能知道自己到底是在行驶的火车上，还是待在地面上。因为两者是等价的。

再直白点来说，光速不变原理和相对性原理是假设，其实也是公理。公理就不需要证明，也没有办法完全证明，只需要你接受，当然你也可以不接受。

就像“两点之间线段最短”一样，也是公理，根本不需要证明，也没有办法完全证明。但我相信每个人都会接受。

而光速不变原理之所以让很多人无法接受，主要一点是违背了我们的日常生活经验，毕竟在我们眼里任何速度都是相对的，都需要有参照系才有意义，但光速竟然是绝对的，这让人很难接受。

但正如我刚才所讲，人们的日常生活经验肯定是有局限性的，当实验结论和我们的日常生活经验发生冲突时，你认为该相信哪个？

当然是实验结果了，这是毫无疑问的。

到这里，可能你会发现我并没有说太多光速限制的问题，大部分都是关于爱因斯坦是如何创建狭义相对论的问题。

其实并没有跑题，因为只要你明白并接受了狭义相对论的诞生过程，自然就更容易接受大自然为什么要限制光速了。

有很多方式可以解释光速限制。比如说最常见的质增效应，当一个物体的速度越来越接近光速时，质量就会变得越来越大，最终达到无穷大，需要无穷多的能量才能把物体的速度加速到光速，整个宇宙的能量都做不到，显然这是不可能的。

还可以从因果律来解释光速限制，根据狭义相对论的结论，如果物体的速度超过光速，必然会在某个参照系下打破因果律，意味着“果”发生在了“因”之前，这就违背了因果律，大自然肯定要设置光速限制，避免因果律被打破。

当然你也可以从GZK极限值限制的角度去理解光速限制。GZK极限值是宇宙中存在的一个能量限制。当粒子能量超过该极限时，就会与宇宙微波背景中的光子发生作用，导致能量衰减，而粒子由于能量不足就无法达到或超过光速。

最后，你可能还会提出更大的疑问：你以上说的所有东西都没有触及到大自然的本质，只是浮于表面，比如说“为什么会存在光速不变？”

只能说，大自然就是这样的，或者我们所在的宇宙就是这样的，至于为什么是这样的，或许只有上天才知道，那已经不是科学能解释的了。或许存在无数个其他宇宙，在有些宇宙里完全不存在光速限制，甚至最低速度都必须是光速，任何物体都必须以超光速飞行。

也可能，我们的宇宙本身就是由一台超级计算机设定的虚拟程序，所有的参数早就设定好了，而光速限制只是其中一个参数。

但无论真相是什么，其实都不是很重要，我们只需要为我们生活的世界负责，为我们的发现负责！

完。