爱因斯坦凭什么说光速是宇宙之中最快的?

发布网友 发布时间：2022-05-24 03:55

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热心网友 时间：2024-03-08 08:32

在我之前的文章中，我提到了美籍科学家爱因斯坦确定光速是宇宙之中速度上限。我当时在文章之中这样归纳说：

任何物体穿越时间和空间的合速度，总是无一例外的、精确无比的等于光的速度。

如果我们穿越一个绝对时空，要么耗费更多的速度穿越空间，要么耗费更多的速度穿越时间，但是穿越时空的合速度保持不变，依然是光速。

对于一个被激发的光子本身来说，它的全部速度就是穿越了空间，而穿越时间的速度为0。光子太快了，穿越空间的速度达到最上限，则相应的，穿越时间的速度就没有了。在这里，空间的位移占去了这个光子在绝对时空中的全部速度。

即：

时间位移+空间位移=光速

时间位移大，则空间位移小，二者相加，等于光速

时间位移小，则空间位移大，二者相加，等于光速

如果空间位移一下子全部填满，则就没有时间位移的丝毫位置，这时候，时间位移为0，即时间处于静止状态。假设给一个光子身上安装计时器，则计时器不会走动的。

爱因斯坦

在上述的文章之中，我提到了一个词汇——绝对时空。搞清楚这个“绝对时空”的概念和内涵，有助于我们理解光速的本质。

想弄清楚什么是绝对时空，首先，我们要学习一个词汇——世界线。这个“世界线”的概念，是爱因斯坦第一个提出来的。那么，它是什么样的意思呢？爱因斯坦当年提出了相对论，但相对论又包括了狭义相对论和广义相对论。爱因斯坦是首先提出了狭义相对论。在他的狭义相对论里面，有一个核心思想，就是时空是绝对的。但是，相当于不同的观察者，可以观测到的物质的运动速度，是相对的。

这是什么意思呢？比如，观察者A和观察者B，他们由于参照系统的不同，他们得出的结论是不同的。但是时空是绝对的，虽然得出的结论不同，但其实他们经历的时空是绝对的、一致的。

我举一个例子，从地球飞往比邻星，以现在的航天器的速度，正常需要8万年。但是如果我们乘坐一艘接近光速的相对论飞船，在这艘飞船的乘客来说，他们感觉到自己仅仅用十几天就完成全部旅程。一个是观测到8万年，一个是观测到十几天，观察者不同，但是实际上，两拨人都经历了一个绝对的时空距离。

对于不同的观测者，时空是绝对的，可以体验到物质的运动速度是相对的，所以一拨感觉速度慢，一拨感觉速度快。同样的，不但他们体验到的物质的运动速度是相对的，他们分别消费的时间也是相对的。而我们所处的宇宙空间是一个三维的时空结构，如果再加入时间，就形成了一个四维的时空结构。任何一个物体一旦经过这个四维的时空结构，就发生了一种结合，即空间路径与时间消耗的结果。爱因斯坦将之称之为“世界线”。他认为，穿越“世界线”，其实就是穿越了绝对时空。

四维时空

我举一个例子，一个光子从地球出发，它飞向距离太阳最近的恒星——比邻星，这个光子的运行速度为光速，所以它从地球到比邻星所要经历的路程距离为4.22光年，即光在4.22年中走过的路径长度。我们再假设我们乘坐旅行者二号前往比邻星，而旅行者二号的飞行速度是光速的八千分之一，这样，我们到达比邻星之后，实际上我们经历的旅程是和前面提到的那个光子是一样的，都是4.22光年路径，但是，我们在路途上消费的时间是光子的八千倍。这样，爱因斯坦就认为，一个光子，或者是一艘光速八千分之一的飞船，它们经历的“世界线”是一模一样的。

孤独的旅行者二号

我可以打个比方。现在有一只逗留在塔尖的鸽子，我们现在去观察这只鸽子，以我和鸽子站在的那个塔尖为参照物，这只鸽子是静止不动的。在我们来看，这只鸽子并没有穿越空间，而仅仅是穿越了时间。要注意：即使鸽子是“一动不动的，它依然在“运动”，也在“穿越”，但这不是在空间之中的“运动”或者“穿越”，而是在“时间”之中的“运动”和“穿越”。我们可以这样说：这只鸽子在穿越时间，它在时间里面运动。但是，这只鸽子并没有在空间里面“运动”“穿越”。

鸽子此刻在“穿越时间”

总之，不是穿越空间，就是穿越时间，或者二者同时穿越。不存在对空间和时间都不穿越的情况。一切都是“运动”的。而在上面的这个例子里面，我们知道这只鸽子的“全部运动”情况，就是它仅仅穿越了时间。

这时候，我们继续观察这只停留在塔尖的鸽子，随着我们的等候，这只鸽子可能是肚子饿了，于是它终于决定振翅起飞，前往某处觅食。于是，在我们的视线之中，这只鸽子开始远离塔尖。请注意，在之前，这只鸽子也是“运动”的，但是它仅仅穿越了时间，而现在情况有了很大的变化。现在，这只鸽子一旦发生了与塔尖的位移，对于它来说，就立即发生了两种“运动”。一种，是这只鸽子在穿越空间，一种，是这只鸽子在穿越时间。

鸽子在同时穿越空间和时间

我们标记一下：这只鸽子在同时穿越时间和穿越空间。

即：穿越空间+穿越时间=一只鸽子在位移时的实际经历

重点来了！我们要注意到一个事实，这只鸽子是同时穿越空间和时间的，在此刻，这只鸽子用一部分时间换取了穿越的空间。同时，这只鸽子穿越时间的运动速度减慢了，这只鸽子如果有感觉，就会感觉到它飞行的时候经历的时间流逝会变慢。

为什么说这只鸽子穿越时间的运动速度减慢了？因为之前鸽子在没有穿越空间的时候，它仅仅在穿越时间，可以说，它的运动“填满”了时间（什么都不做，等于一瞬间即到达，自然最快），而随着变化，这只鸽子自然穿越时间的运动速度会降低。

这里，涉及到一个物理学上的“互补”概念。在爱因斯坦看来，时空是一体两面，穿越空间是一种运动，穿越时间也是一种运动，这两种运动是互补的，一种运动的量值的增加，则意味着另外一种运动的量值的减少，但总量不变。如果仅仅穿越时间，相当于这种运动“填满”了时间，则对空间就没有立锥之地，空间为0。现实的例子就是这只鸽子站在塔尖纹丝不动，则说明它穿越时间为全部，穿越空间为0。

反过来说，如果仅仅穿越了空间，则“挤占”了留给时间的所有的量，则时间为0。现实例子就是光子穿越了全部空间，穿越时间为0。

由于互补性的原则：一个量多出来，则另外一个量就要减少。

这样：穿越空间的量多，则穿越时间的量少；穿越空间的量少，则穿越时间的量多。

依据以上的互补性原则，爱因斯坦提出了一个推导，也是被证实的理论原则，即：

任何物质，它们穿越空间和穿越时间的合速度，都是等同于一个恒定的数值。

爱因斯坦指出，这个恒定的数值就是——光速。

即：任何物质，它们穿越空间和穿越时间的合速度，都是等同于光速。

光速是上限，是时空合速度

爱因斯坦还指出，任何物质在运动或者传递信息的时候，都不能超越光速。光速就是宇宙之中一切物质运动的速度上限。这个观点，已经得到了全世界科学界的集体认同。

在过去，有很多自媒体的新闻报道，说观测到中微子的运行速度超越了光速，后来发现这只是一场乌龙，是观测出了问题。还有说所谓的量子纠缠现象可以“超越光速n倍”，但是对于量子纠缠我们是无法控制它的，因为一旦人为的试图去干扰、控制它，纠缠态就会立即消失、中断。既然无法控制它，所以我们无法利用量子纠缠给我们传递任何信息，而不能传递信息的“超光速”是伪超光速，是没有任何意义的。所以说，量子纠缠并没有违反相对论的原则。

量子纠缠无法控制

此外，还有宇宙空间的加速膨胀，是可以轻松“超光速”的。但是，空间本身并不是通常意义的物质，在空间的结构之中，并不包含费米子。而费米子是传递力的粒子，缺少了费米子，则意味着无法传递任何信息。空间结构之中由于缺乏费米子这类的信介粒子，所以空间根本无法传递信息。不能传递信息的“超光速”，是不违反相对论原理的，没有任何物理学意义上的价值。

好，我们再复习一下之前的知识。请牢记：

任何物质穿越空间和穿越时间的合速度，都是精确的等同于光速。即任何物质穿越“世界线”的速度与光速是等同的。任何一个物体，不管是什么存在，鸽子、老鹰、人类、宇宙飞船、恒星、质子......它们在绝对时空中，要么提供更多的速度穿越空间，要么提供更多的速度穿越时间——它们同时穿越空间和时间——但是它们穿越时空的合速度是不变的，而这个不变的合速度的数值，就是光速。对于光子来说，由于它可以一瞬间到达，所以光子的全部速度就用于穿越空间，依据互补性原则，如果一下子“填满”了空间，则时间就被挤占到没有丝毫立锥之地，则时间为0。不是吗？空间位移是占到全部，则时间位移则为0。这意味着，对于这个光子来说，它自身如果可以感觉时间的流速，则它是感觉不到任何时间过程的，因为到哪里都是瞬间抵达。这个光子把它穿越“世界线”的全部速度，都运用在了空间位移之上，所以时间位移就不占丝毫。

以上，就是爱因斯坦的狭义相对论对光速的论断。

作者：怀疑探索者

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