在很多人的固有思维里,光速不可超越,光速是宇宙中的速度极限,任何物体的速度都不可能超越光速。

其实这种观点并不严谨,光速并不是不可超越。当然,我并不是信口开河,科学是需要讲究证据的。

不过,要想超越光速,人类必须在一些特定条件下才能完成,说白了我们需要使用某些“作弊”手段才可以超越光速。

这个暂且放一放,后面会讲,我们先来说说为什么光速不可超越。

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目前人类能创造出来的极限速度是在大型粒子对撞机中实现的,利用强大的电场不断让粒子加速。

比如说,强子大型对撞机中,可以让质子的速度达到0.9999999896倍光速,这个速度已经非常接近光速了,差别微乎其微。

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但即便是再微小的差异,对于我们来讲也是难以逾越的鸿沟,不是我们努努力就能做到的,而是不可能做到的。

即便质子的速度如此接近光速,不过还有比质子速度更快的粒子,电子。我们都知道,电子的质量远小于质子,比质子的质量小一千多倍,所以科学家能把电子的速度加速得更快,速度仅仅比光速慢了每秒3.6毫米。

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你可能会这样想?什么,仅仅慢了3.6毫米,再加把劲不就达到甚至超过光速了吗?刚才说了,不要小看这微小的差距,那是我们不可能突破的。

那么,为什么不能突破光速呢?

让物体不断加速,需要极大的能量,尤其是当物体的速度非常接近光速时,要想让物体继续加速,就需要更大的能量才行。

所以说,宇宙中的速度限制其实也是能量限制。科学家们发现,当微观粒子携带的能量达到一定量时,大自然就开始出手干预了,不让粒子的能量超过一个阈值,这个阈值就是5×10^19eV,也就是所谓的“GZK极限值”。

GZK极限,是以三位科学家名字的首字母来命名的。

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如果一个粒子的能量超过GZK极限值,就会和宇宙微波背景里的光子发生作用,然后产生π介子,而π介子会消耗能量,大约为135Mev,消耗能量之后,粒子的能量就会降低到GZK极限值以下。

GZK极限值决定了无论多高的能量,都不可能让任何粒子的速度达到或者超越光速。

那么,如果将来某天,宇宙微波背景辐射随着宇宙加速膨胀而消失不见了呢?粒子在获得足够能量之后会不会超过光速呢?

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并不会!因为随着宇宙的膨胀,粒子的能量会变得越来越低,波长会被无限拉伸,直到最终被拉伸到波长很长的无线电波。

当然,还有一种方式同样可以解释光速为何是宇宙速度极限,这种方式就是爱因斯坦的相对论。

从狭义相对论的质增效应来讲,随着物体速度变大,物体的质量也会变大。当速度无限接近光速时,物体的质量变得无穷大,想要让物体再加速,就需要无穷多的能量,整个宇宙的能量都做不到,显然这是不可能的。

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还有,随着速度变大,时间和空间也会发生变化,因为相对强调时空结构并不是一成不变的。当速度无限接近光速时,任何遥远的距离都会近在咫尺,时间也会趋于静止。

也就是说,如果你以光速飞行,你所在的空间维度就会变成零,时间也会静止不动,这种情况是不可能出现的,因为零维度并不存在于我们的世界,在整个宇宙历史上只出现过一次,那就是宇宙大爆炸的瞬间,当时的奇点就是零维度,超出我们认知的存在方式。

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所以说,以光速飞行或者说超光速飞行,在物理学上是没有实际意义的。

当然,你或许会说相对论万一错了呢?如果果真如此的话,那完全就是另一副模样了。任何理论都是建立在假设的基础上提出来的,你完全有理由不相信相对论,但事实情况是,越来越多的证据支持爱因斯坦的相对论,而不是表明它是错的。

最后来说一下文章开头的问题:如何超越光速?

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光速不可超越,其实是有条件的,那就是在本地空间,或者简单理解为同一个参照系内。比如说,我们经常说的虫洞概念,通过虫洞你可以瞬间跨越几千甚至上万光年的距离,你的速度看起来远超光速

但这种超光速只是与虫洞外面的光速相比。如果有一束光与你同时穿越虫洞,你的速度就不可能超越光速。

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还有就是著名的切伦科夫辐射,在核反应堆中会发出蓝光,原因就在于,由于光在水里的速度会变慢,这就给了电子超越光速的机会。当然电子超越的并不是每秒30万公里的速度,只是超越了光在水中的速度,这个速度只有光在真空中速度的四分之三,大约,每秒22.5万公里。

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