深度長文：光速為什么不能被超越？（建議收藏）

簡單回答：沒有原因，就是這樣的！

或者說，人類只知道光速確實不能被超越，但直到目前為止也不知道到底為什么不能被超越。

也就是說，對于光速不能被超越這個事實，人類還處于“只知其然不知其所以然”的階段。科學家只是通過實驗或者理論上分析出了“光速不可超越”這個結論，但并不知道更深層的原因。

你可能會說“光速不可超越”是愛因斯坦的相對論推導出來的結論，速度越快質量就越大，當物體的速度無限接近光速時，質量就會無窮大，顯然這是不可能的，所以任何物體的速度都不可能超過光速。

在愛因斯坦的相對論體系下，光速的確是不可超越的，但我們需要明白，相對論本身就是建立在兩大假設的基礎上提出來的，這兩大假設分別是：光速不變原理和相對性原理。

相對性原理，這里不再詳述了，非常符合我們的日常生活認知，簡單講就是：在慣性系下，所有的物理定律都表現為相同的形式。舉個簡單的例子，在一列勻速直線行駛的火車上，你的感受與靜止在地面上的感受是完全相同的，如果閉上眼睛，不觀看外面環境，你根本無法區分自己是在火車上還是靜止在地面上。

這里重點講一下光速不變原理，愛因斯坦的相對論體系下的所有公式，基本上都是在這個原理的基礎上推導出來的，包括光速不可超越這個結論，同樣是因為光速不變。

光速不變，具體什么意思呢？很簡單，并不是說“光速在真空中的速度保持每秒30萬公里不變”，而是說在任何參照系下測量到的光速都保持不變。

也就是說，面對同樣一束光，無論你是面向那束光運動，還是背向那束光運動，在你眼里，那束光的速度都不會有任何改變，都是每秒30萬公里。

也就是說，無論你以多快的速度追趕那束光，你永遠都追不上，因為那束光相對你來講，永遠都會保持每秒30萬公里的速度。

光速不變違背了我們的日常生活認知，畢竟在我們的固有思維里，任何速度都是相對的，運動狀態不同，測量到的速度就會有所不同。但光速竟然是絕對的，不管你在任何運動狀態下，在任何參照系下，測量到的光速都是一樣的。

那么，光速為什么不變？其實也是沒有原因的，科學家們只是發現了“光速不變”這個事實，然后通過實驗反復驗證得出來的結果。

具體過程當然是相當復雜的，也充滿了各種坎坷，畢竟如果光速真的是不變的，意味著統治科學界幾百年的牛頓經典力學就轟然倒塌了，因為牛頓經典力學的基礎是絕對時空觀，而光速不變意味著時空是相對的。

但是麥克斯韋方程組推導出來的光速計算公式表明，光速的確是一個常數，意味著光速就是不變的，是絕對的。而且之后的很多實驗，比如說邁克爾遜莫雷實驗，結果都表明“光速的參照系以太”是不存在的，其實也間接表明了光速不變。

既然理論和實踐都指向了“光速不變”，科學家們沒有理由不做出“光速不變”的結論。愛因斯坦就是假定了光速是不變的，在此基礎上利用數學模型推導出了鐘慢效應（時間膨脹效應），尺縮效應等相對論公式。

當然，不管是時間膨脹效應，還是尺縮效應，不僅僅體現在理論上，也通過了實驗驗證。比如說，我們平時開車經常用的衛星導航系統，都是經過時間膨脹效應校正之后，才實現的精準定位。

下面就盡量以通俗的方式理解“時間膨脹效應”，盡量不涉及任何數學公式。

這里假設有A和B兩點，相距30萬公里，也就是光速飛行一秒的距離。假設你從A運動到B的時間為1小時，也就是說，你的速度為光速的3600分之一。

再假設我在B點，那么，我會在一秒之后看到光，在一小時之后看到你。如果你口袋里隨身帶著一個時鐘，時鐘走過的時間也會是一小時。

到這里一切都很正常，但其實已經不正常了。其實你口袋里的時鐘走過的時間并不是正好一小時，只不過由于你的速度還是太慢（相對光速），你根本感覺不到微小的差異。

現在假如你的速度達到每秒30萬公里，也就是光速，那么從A點到B點的過程，你的用時也會是一秒鐘。

這樣的結果看起來也很正常，但其實一點也不正常，很反常了。

當然，反常的并不是你以光速飛行，無論如何你都不可能達到光速，這里假設你無限接近光速，方便起見，就算作你以光速飛行。

但是你真的達到光速了嗎？單純從速度來講，你確實以光速飛行了，這是毫無疑問的。但問題就在于，即便你以光速飛行，對于你來講，光本身還是比你要快，光相對你的速度仍舊是每秒30萬公里。

對于我來講，一秒之后看到光，而在2秒之后才會看到你。說白了，即便你的速度達到了光速，你和光并不是同時到達我這里。

也就是說，對于我來講，你的速度其實只有光速的一半。但是對于你自身來講，你的速度確實是光速每秒30萬公里，所以你口袋里的時鐘顯示的用時就是1秒。

反常的點就在這里：我口袋里的時鐘顯示你從A點到B點的用時為2秒，但你口袋里的時鐘顯示的用時為1秒，而且無論你的速度有多快，哪怕遠超光速，結果都是如此。這說明什么？

說明你和我的相對時間一直在變化，隨著你的速度的變化而變化，其實這就是所謂的“時間膨脹效應”或者“鐘慢效應”，在我眼里，你的時間變慢了。

當然，1秒的時間太短暫，很難被直觀地感受時間到底是如何變慢的。如果把A點和B點的距離不斷擴大，比如說擴大到銀河系和仙女座星系之間的距離，大約254萬光年，就能很明顯地感受到時間膨脹效應了。

現在，做一個這樣的假設，某個超級發達的外星文明研制出了超光速飛行器，速度可以達到光速的254萬倍，不要糾結超光速是否可行，也不要在意人家是如何研究出來如此高級的飛行器，記住：只是假設。而且254萬倍光速也只是更方便分析。

那么，按照我們的思維理解，這個飛行器飛到我們的地球，正好需要1年時間，這只是簡單的數學計算，距離是254萬光年，速度是254萬倍光速，所用時間正好是一年。

但事實果真如此嗎？我們真的能在一年之后看到外星文明的飛船嗎？

并不是，事實上不要說一年了，哪怕是254萬年之后，我們仍不會看到外星飛船的到來。

這是怎么回事呢？我們需要多久才能等到外星飛船到達地球呢？

真實的過程是這樣的，我們需要先看到從仙女座星系發出的光到達地球，一年之后才能看到外星飛船的到來。

仙女座星系發出的光到達地球需要多長時間呢？254萬年！也就是說，254萬年之后再等一年才能看到外星飛船！但是對于外星人來講，他們自身的時間的確只過去了一年。

這就表明一點：外星飛船里的一年，相當于地球上的254萬年再加上一年。我們再用速度等于距離除以時間來計算外星飛船的速度，就會發現，這個速度并沒有達到光速，只相當于光速的99.99996063%。

是不是很神奇：明明外星飛船的速度已經達到了光速的254萬倍，最后計算出來的速度連光速都沒有達到，為什么會這樣？是不是前后矛盾了？

其實一點也不矛盾。結果只能說明一點：不管外星飛船的速度有多快，其實最終也只能以無限接近光速的速度飛行，越是接近光速，引發的時間膨脹效應就越明顯。

之所以一開始我們假設飛船的速度遠超光速，只是為了更直觀理解時間膨脹效應。而最終也只能說明一個結果：一開始我們假設的超光速，本質上只是時間膨脹效應引起的假象罷了，其實飛船本身并沒有超光速。

再回過頭來看看，實際上從仙女座星系到地球的假設，就相當于一個事實：當外星飛船的速度非常接近光速時，飛船上的一年就相當于地球上的254萬年！

如果外星飛船的速度更快，快到在他們感覺只需要一秒就能到達地球，但是地球上的人類想要看到外星飛船，也需要等待254萬年然后再加上一秒的時間！

也就是說，如果此時此刻有一個仙女座星系上的外星人與你同歲，假設都是20歲吧，外星人駕駛飛船以無限接近光速的速度飛向地球，在他看來只需要一秒時間。

你以為這個外星人到達地球之后就能與你握手示好了嗎？恐怕只能與你的重重重重...孫子握手了。因為外星人經歷的短短的一秒，地球時間已經過去了254萬年！

而當外星人與人類握手之后，馬上返回仙女座星系，又會發現外星人所在的星球時間已經過去了508萬年了，他們的星球也已經滄海桑田了！

這就是時間膨脹效應，這個效應的前提就是光速不變。而正是因為時間膨脹效應，或者光速不變的存在，才會導致無論如何都不可能超越光速！

理解了時間膨脹效應，尺縮效應就很好理解了，其實兩種效應是同時出現的，因為兩者是等價的，時間和空間是有機的整體，不可能出現“只有時間膨脹效應而沒有尺縮效應”的情況。

還拿剛才的例子來說明。外星飛船以254萬倍光速飛行，其實并沒有真正達到超光速的速度，剛才也講了，是時間膨脹效應造成的假象，而時間膨脹與尺縮效應又是等價的，所以我們也可以說是“尺縮效應”造成的假象。

具體來講就是，實際上外星飛船只能以無限接近光速的速度飛行，只不過由于飛船速度無限接近光速引發了明顯的尺縮效應，說白了，在外星飛船以無限接近光速飛行的一瞬間，仙女座星系與地球之間的空間距離無限縮短，縮短為原來的254萬倍，用距離除以飛船的速度，我們會發現，外星飛船到底地球仍舊需要一年時間。

而上面的例子恰恰再次說明了兩點：

第一，時間和空間是相對的，不同參照系下時間和空間是不同的。

第二，時間和空間在任何時候都是有機的整體，不能單獨存在，這也就是我們所謂的“四維時空”概念。時間和空間的變化是同步的，也是等價的，兩者必須同時變化，最終的目的就是保證“光速不變”，實際上也就是限制任何物體以超光速飛行。

總結

不管是時間膨脹效應，尺縮效應，還是光速限制，根本原因就在于四個字：光速不變。

但，為什么光速是不變的呢？

送你三個字：不知道！

人們只是發現了光速確實是不變的，說白了，“光速不變”就是假設，也是公理。公理本身就不需要理由，只需要你認同，當然也可以不認同。

就像“兩點之間線段最短”這個公理一樣，如果你問“為什么”其實也是沒有意義的，非得問的話同樣只能送給你三個字：不知道！