深度长文：光速飞行时间真的会停止吗？（建议收藏）

做了这么长时间科普工作，经常会在网络上看到一些与光速有关的问题，比如说：光速为什么是不变的？为什么速度会影响时间？为什么不能超光速？光速飞行时间真的就停止了吗？

其实以往的科普中，已经涉及很多这样的问题，其实已经给出了答案，但无奈作为我们普通人，对科普的东西并不是很感兴趣，尤其是在国内，科普工作更是任重而道远。很多人并不愿意看一些科普的东西，因为科普的东西相比各种娱乐八卦新闻来讲，确实很枯燥。

这也造成了一个非常尴尬的局面：很多民科思想大行其道，尤其是在网络这个可以随心所欲的虚拟舞台上更为明显。很多民科甚至对我科普的东西加以嘲讽，甚至谩骂，一开始确实有些生气，后来也想通了，有些人注定是叫不醒的，随他去吧。

我不敢说科普的东西都是对的，毕竟咱也不是科学家，但科普的内容一定会是目前的科学事实为基础。

好像有点跑题了，回到正题，今天再次深入科普一下关于速度和时间的关系：光速飞行，时间真的会停止吗？

其实这种疑问的源头基本上都是因为一点：你总是会下意识地以光或者某个光速飞行的物体为参照系，相当于自己给自己挖了一个坑然后跳进去。而根据狭义相对论，以光速飞行的物体为参照系是毫无意义的。

光速也是一种速度，为了更好地阐述问题，我们先从速度讲起。

一切物理定律在所有惯性参考系中都是等价的，平权的，没有一个惯性系具有优越地位，不存在绝对静止的参考系。

实际上这就是我们通常所讲的“相对性原理”，这个原理其实也告诉了我们，速度快并不一定会带来什么实质变化，本质上都是一样的。

比如说，此刻的你坐在沙发上看电视，你会觉得自己是静止的，所以速度为零。但你所谓的静止只是相对地面静止。如果你以其他事物为参照系，你就不是静止的。

比如说相对大型粒子对撞机里面接近光速飞行的粒子，你的速度也接近光速。那么，既然你都以接近光速的速度飞行了，你会有什么不同的感觉吗？并没有！同理，粒子对撞机里面的粒子也不会有什么感觉，假如它有感觉的话。

现在，假设那个粒子以0.9999倍光速的速度从你身边飞过，飞行一圈之后又回到你身边，假设这一圈很大，有30公里远。那么，在你眼里，粒子从离开你到再次返回的时间就是30公里除以粒子飞行的速度，也就是大约10的负4次方秒。

但是，如果粒子自身也揣着一块表，那么，整个过程中表走过的时间就不是10的负4次方秒，而是大约1.4乘以10的负6次方秒。

看到了吧，你和粒子都不觉得自己在高速运动，反倒是你俩互相觉得对方一直在高速运动。这说明什么？

说明两个运动状态不同的物体，感知到的自身时间也会有所不同。这在狭义相对论中体现得淋漓尽致，不仅如此，还被大量实验所证实。

而宇宙万物其实都有各自的运动状态，并不会完全相同，所以宇宙万物都有着完全属于自己的时间和空间认知。

当然，日常生活中我们还会下意识地认为时间是绝对的，会认为万事万物的时间经历都是相同的，这也是我们的日常生活经验总结出来的。但由于我们只是生活在地球这个狭小的空间里，造成了我们认知上会有很大的局限性，所以很多时候我们的日常生活经验并不可靠。

而之所以我们会认为时间是绝对的，也正是认知上的局限性造成的，因为我们平时经历的速度实在太小了，与光速相比几乎完全可以忽略不计，速度对时间的影响微乎其微，所以我们会认为时间是绝对的。

狭义相对论中，经常用世界线来描述不同运动状态的物体，如图所示，当物体处于静止状态时，其世界线可以用垂直线表示，用图中的绿色线表示。这条线代表的意思是，物体在空间维度的速度为零，时间维度的速度为光速。

而图中黑色的线就是日常生活中我们看到的大多数物体的世界线，可以看到黑色的线几乎与绿色线重合，这是因为日常生活中我们看到的物体的速度都很小，与光速相比其实就相当于静止不动，所以会与真正静止不动的物体的世界线差不多。实际上，图中对世界线的描述只是示意图，实际上黑色线被夸大了很多，如果按照实际情况来，其实真的和绿色的线几乎完全重合，起码我们的肉眼根本分辨不出来，在图中表示就是完全重合的线。

而图中红色的线就是高速运动物体的世界线，如果你的世界线就是红色的那条线，当然你会明显感知到时间的不同。而物理实验中，科学家们早就通过大型粒子对撞机中粒子的时间快慢，验证了高速与低速物体时间快慢确实不同。

而图中红色的那条线就是光的世界线，是最特殊的一条世界线。

通过不同运动状态下的物体的世界线，可以看出，只有光子或者说光速是特殊的，其他物体，只要速度达不到光速，不管如何运动，其实都不是特殊的，而是平等的，平权的。任何物体都不会绝对自己的时间有什么异常情况，也就是说，每个人对各自口袋里的表走动的时间，都不会发现有异常表现，而自己口袋里的表就是我们通常所说的“本征时间”。

不过，对于以不同速度运动的物体来讲，不同本征时间的对比会有很大不同。

举个最简单的例子，我静止在地球上，你以亚光速离开地球飞向太空，你口袋里装着一块表，你始终盯着那块表，确保2小时之后能重返地球，而2小时就是你的本征时间。

等到你返回地球，你会发现地球时间可能已经过去了十年甚至更长时间，而十年就是我的本征时间。可以看出，不同运动速度下的物体的本征时间会相差很大，但是别人的本征时间其实是没有意义的，每个人只需要为自己的本征时间负责。

这里只是对“世界线”进行了简单的描述，至于世界线到底是怎么来的，这里就不再详述了，后期就专门对其进行深入探讨。

下面再来看看那个特殊的“光速”，为什么说光不能作为参照系呢？

在此之前，先来简单分析一下“光速限制”问题，所谓的光速限制，指的是任何有静质量的物体都不可能达到或超过光速，而且无论相对什么参照物，都是如此。根据爱因斯坦的狭义相对论，拥有静质量的物体速度如果无限接近光速，质量就会变得无穷大，显然我们的世界不可能存在这样的物体。

说白了，爱因斯坦相对论体系，不管是狭义相对论还是广义相对论，一个最重要的前提就是：必须低于光速，任何涉及光速飞行的事件，其实都无法用相对论中的公式去解释。

还有一点，必须再次强调：狭义相对论是以惯性系为基础的，以惯性系为参照系，物体的运动速度是无法超过光速的。这也说明了一点，在非惯性系中，速度是可以超过光速的，比如说，宇宙的膨胀速度就远超光速。但是这种超光速并不违反爱因斯坦相对论中的光速限制，因为宇宙膨胀过程并没有传递任何信息。另外说一点，我们平时所说的相对速度，比如说大型粒子对撞机中，两个微观粒子分别以非常接近光速的速度对撞，其实两个粒子的相对速度看起来是超光速了，其实并没有。平时我们所用的速度叠加公式并不适用于亚光速世界，低速物体的相对速度计算用伽利略变换，而高速物体的相对速度需要用洛伦兹变换。

光不但不能作为惯性系，连参照系也不行。光本质上就是电磁波，具有波粒二象性，也就是不确定性，这种物质怎么可能作为参照系呢？本身就是不确定的，当做参照系就更没有一样了。

同时，光子非常特殊，它没有时间和空间的概念，如果光子有意识，你试图向光子解释何为时间和空间，无论如何你都无法让光子明白，因为光子的意识里压根就不存在时间和空间。

我们通常所说的“太阳光到达地球需要大约8分钟”，是以人类视角去衡量计算的，说白了就是简单的距离除以速度计算出来的时间，1.5亿公里除了每秒30万公里的速度，可以理解为与光子的速度无关，只是借助光速这个速度计算出来的结果。事实上，对于太阳光本身而言，一瞬间就到达地球了，不需要任何时间。不要说到达地球了，光子可以在一瞬间到达任何遥远的距离，哪怕是宇宙的边界。

所以，严格来讲，“光速飞行时间就停止了”其实是不对的，光速飞行压根就没有时间概念了，也就不存在“时间停止”的概念了。当然，作为普通吃瓜群众，我们可以通俗理解“时间不存在”和“时间停止”是一回事，毕竟“时间不存在”有点抽象，不太好理解，而“时间停止”就很好理解了。

话说回来，“光速飞行时间就停止了”这种思想本质上反映的其实就是我们对“时间是绝对的”这种根深蒂固的认知，是根据我们的生活常识和日常生活经验总结出来的。但是刚才我也说了，由于我们生活环境具有很大的局限性，以至于我们的生活常识很容易被束缚住，带来很大的认知局限性。

这也是为什么爱因斯坦会这样说：所谓的常识，其实就是18岁之前积累的各种偏见！

当然，爱因斯坦想表达的绝不是“18岁”这个严格的分界线，并不是说“18岁之后就没有偏见了”，更多的还是在表达，我们不能被日常生活认知和经验所蒙蔽。长大成人的我们，回想起我们儿童和少年时期对世界和宇宙的认知，更能感受到爱因斯坦想表达的思想。