光速不可超越吗？如果在飞船上向前发射一束光，不就超光速了吗？

根据爱因斯坦的狭义相对论，光速是宇宙中的物体所能运动的最快速度，任何物体都不能以超光速运动。但试想一下，在一艘向前飞行的宇宙飞船上，向着飞行方向发射一束光，这束光的速度不就超光速了吗？这与相对论所说的不能超光速岂不是矛盾了？

过去，人们猜测光速是无限的，因为速度实在太快了，只要打开光源的一瞬间，光就能立刻跑到极为遥远的地方。直到17世纪，天文学家奥勒·罗默才首次大致测出光速，虽然其速度极快，但其实是有限的。

随着实验方法的改进，物理学家测得了越来越精确的光速。目前，真空中光的传播速度是人为定义的，为准确的299792458米/秒，我们通常取每秒约30万公里。

爱因斯坦认为，光速不仅看起来非常快，而且还极为特殊，这是物体运动速度的上限。而想要通过速度叠加的方式，试图来实现超光速，则是不可能的。

举个例子，倘若一艘宇宙飞船的飞行速度是光速的10%，我们记作0.1c，这艘飞船向前发射了一束光，那么，这束光的速度并非我们直觉所认为的1.1c，即光速的1.1倍。

这是因为这种速度叠加方式为经典力学中的伽利略变换，只适用于宏观并且远低于光速的情况。而接近于光速的情况，计算速度叠加时，只能使用根据洛伦兹变换导出的速度合成公式：

把u=0.1c和v=c代入上述公式，可以计算出最终的合速度w=c，也就是说，从飞行的宇宙飞船上发出的光，其速度仍然是光速。无论飞船的速度接近光速与否，无论是多快，就算是光速的99.999%，飞船发出的光的速度都始终是光速c。

这是一个非常不可思议的反直觉现象，即无论观测者相对于光源做任何运动，无论运动方向是怎样的，运动速度有多快，他观测到光源发出的光的速度都是相等的光速。这就是光速不变原理，它是狭义相对论确立的一大基石。

光速不变原理绝非爱因斯坦的臆想，而是有着理论和实验的有力支持。首先，从理论证据来看，作为电磁学的基石，麦克斯韦方程组导出了电磁波的真空速度公式：

光本质上就是电磁波，上述的电磁波速度即光速。上述公式右边的两个参数分别是真空电容率ε0和真空磁导率μ0，它们都是常数，而且它们的大小与参照系的选取无关。这就意味着光速是一个与参照系选取无关的常数，换句话说，无论从哪个参照系来观测光的速度，其结果都是一样的光速。

其次，物理学家也从实验上证明了光速的不变性。1887年，物理学家迈克尔逊和莫雷设计了一个实验，他们让光源发出的光分成互相垂直运动的两束光，一束光沿着地球公转方向运动（地球公转速度约30公里/秒），另一束光则垂直于该方向。

结果表明，这两束运动方向不同的光，其速度是完全相等的，沿地球公转方向运动的光并没有叠加上地球的公转速度，而是仍然保持原来的光速。后来，物理学家利用更先进的实验技术，都能证明光速的不变性。在21世纪的物理实验中，实验测得的光速最大各向异性低至10^-17的惊人水平。

虽然十分反直觉，但光速不变原理确实成立，宇宙中存在着不可思议的物理定律。在此基础上，爱因斯坦创立了狭义相对论。从光速不变原理中可以自然导出，时间和空间不像牛顿所认为的那样是绝对的，时空其实是相对的。

根据狭义相对论，运动的物体相对于静止的物体而言，其时间流逝速率会相对变慢，这在现代导航卫星的时钟校准中得到确切验证。导航卫星相对于地面的运动速度为每秒数公里，卫星上的时钟就会相对于地面的时钟每天走慢约7微秒。如果不消除这种时间膨胀效应，就会导致导航卫星的定位每天累计偏差2公里之多。

此外，在宇宙中，天文学家观测到了一种超光速现象，在距离地球超过140亿光年之外的地方，那里的星系远离我们而去的速度都是超光速。不过，这并不意味着违背了相对论。

因为星系这种超光速退行现象是由整个宇宙空间的膨胀造成的，空间自身结构在不断扩张，只要距离足够远，就会让空间中的星系相互之间分开的速度超过光速。但事实上，这些星系自身相对于背景空间的运动速度并不快，远没有超光速。

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