深度長文：光速飛行時間真的會停止嗎？（建議收藏）

做了這么長時間科普工作，經常會在網絡上看到一些與光速有關的問題，比如說：光速為什么是不變的？為什么速度會影響時間？為什么不能超光速？光速飛行時間真的就停止了嗎？

其實以往的科普中，已經涉及很多這樣的問題，其實已經給出了答案，但無奈作為我們普通人，對科普的東西并不是很感興趣，尤其是在國內，科普工作更是任重而道遠。很多人并不愿意看一些科普的東西，因為科普的東西相比各種娛樂八卦新聞來講，確實很枯燥。

這也造成了一個非常尷尬的局面：很多民科思想大行其道，尤其是在網絡這個可以隨心所欲的虛擬舞臺上更為明顯。很多民科甚至對我科普的東西加以嘲諷，甚至謾罵，一開始確實有些生氣，后來也想通了，有些人注定是叫不醒的，隨他去吧。

我不敢說科普的東西都是對的，畢竟咱也不是科學家，但科普的內容一定會是目前的科學事實為基礎。

好像有點跑題了，回到正題，今天再次深入科普一下關于速度和時間的關系：光速飛行，時間真的會停止嗎？

其實這種疑問的源頭基本上都是因為一點：你總是會下意識地以光或者某個光速飛行的物體為參照系，相當于自己給自己挖了一個坑然后跳進去。而根據狹義相對論，以光速飛行的物體為參照系是毫無意義的。

光速也是一種速度，為了更好地闡述問題，我們先從速度講起。

一切物理定律在所有慣性參考系中都是等價的，平權的，沒有一個慣性系具有優越地位，不存在絕對靜止的參考系。

實際上這就是我們通常所講的“相對性原理”，這個原理其實也告訴了我們，速度快并不一定會帶來什么實質變化，本質上都是一樣的。

比如說，此刻的你坐在沙發上看電視，你會覺得自己是靜止的，所以速度為零。但你所謂的靜止只是相對地面靜止。如果你以其他事物為參照系，你就不是靜止的。

比如說相對大型粒子對撞機里面接近光速飛行的粒子，你的速度也接近光速。那么，既然你都以接近光速的速度飛行了，你會有什么不同的感覺嗎？并沒有！同理，粒子對撞機里面的粒子也不會有什么感覺，假如它有感覺的話。

現在，假設那個粒子以0.9999倍光速的速度從你身邊飛過，飛行一圈之后又回到你身邊，假設這一圈很大，有30公里遠。那么，在你眼里，粒子從離開你到再次返回的時間就是30公里除以粒子飛行的速度，也就是大約10的負4次方秒。

但是，如果粒子自身也揣著一塊表，那么，整個過程中表走過的時間就不是10的負4次方秒，而是大約1.4乘以10的負6次方秒。

看到了吧，你和粒子都不覺得自己在高速運動，反倒是你倆互相覺得對方一直在高速運動。這說明什么？

說明兩個運動狀態不同的物體，感知到的自身時間也會有所不同。這在狹義相對論中體現得淋漓盡致，不僅如此，還被大量實驗所證實。

而宇宙萬物其實都有各自的運動狀態，并不會完全相同，所以宇宙萬物都有著完全屬于自己的時間和空間認知。

當然，日常生活中我們還會下意識地認為時間是絕對的，會認為萬事萬物的時間經歷都是相同的，這也是我們的日常生活經驗總結出來的。但由于我們只是生活在地球這個狹小的空間里，造成了我們認知上會有很大的局限性，所以很多時候我們的日常生活經驗并不可靠。

而之所以我們會認為時間是絕對的，也正是認知上的局限性造成的，因為我們平時經歷的速度實在太小了，與光速相比幾乎完全可以忽略不計，速度對時間的影響微乎其微，所以我們會認為時間是絕對的。

狹義相對論中，經常用世界線來描述不同運動狀態的物體，如圖所示，當物體處于靜止狀態時，其世界線可以用垂直線表示，用圖中的綠色線表示。這條線代表的意思是，物體在空間維度的速度為零，時間維度的速度為光速。

而圖中黑色的線就是日常生活中我們看到的大多數物體的世界線，可以看到黑色的線幾乎與綠色線重合，這是因為日常生活中我們看到的物體的速度都很小，與光速相比其實就相當于靜止不動，所以會與真正靜止不動的物體的世界線差不多。實際上，圖中對世界線的描述只是示意圖，實際上黑色線被夸大了很多，如果按照實際情況來，其實真的和綠色的線幾乎完全重合，起碼我們的肉眼根本分辨不出來，在圖中表示就是完全重合的線。

而圖中紅色的線就是高速運動物體的世界線，如果你的世界線就是紅色的那條線，當然你會明顯感知到時間的不同。而物理實驗中，科學家們早就通過大型粒子對撞機中粒子的時間快慢，驗證了高速與低速物體時間快慢確實不同。

而圖中紅色的那條線就是光的世界線，是最特殊的一條世界線。

通過不同運動狀態下的物體的世界線，可以看出，只有光子或者說光速是特殊的，其他物體，只要速度達不到光速，不管如何運動，其實都不是特殊的，而是平等的，平權的。任何物體都不會絕對自己的時間有什么異常情況，也就是說，每個人對各自口袋里的表走動的時間，都不會發現有異常表現，而自己口袋里的表就是我們通常所說的“本征時間”。

不過，對于以不同速度運動的物體來講，不同本征時間的對比會有很大不同。

舉個最簡單的例子，我靜止在地球上，你以亞光速離開地球飛向太空，你口袋里裝著一塊表，你始終盯著那塊表，確保2小時之后能重返地球，而2小時就是你的本征時間。

等到你返回地球，你會發現地球時間可能已經過去了十年甚至更長時間，而十年就是我的本征時間。可以看出，不同運動速度下的物體的本征時間會相差很大，但是別人的本征時間其實是沒有意義的，每個人只需要為自己的本征時間負責。

這里只是對“世界線”進行了簡單的描述，至于世界線到底是怎么來的，這里就不再詳述了，后期就專門對其進行深入探討。

下面再來看看那個特殊的“光速”，為什么說光不能作為參照系呢？

在此之前，先來簡單分析一下“光速限制”問題，所謂的光速限制，指的是任何有靜質量的物體都不可能達到或超過光速，而且無論相對什么參照物，都是如此。根據愛因斯坦的狹義相對論，擁有靜質量的物體速度如果無限接近光速，質量就會變得無窮大，顯然我們的世界不可能存在這樣的物體。

說白了，愛因斯坦相對論體系，不管是狹義相對論還是廣義相對論，一個最重要的前提就是：必須低于光速，任何涉及光速飛行的事件，其實都無法用相對論中的公式去解釋。

還有一點，必須再次強調：狹義相對論是以慣性系為基礎的，以慣性系為參照系，物體的運動速度是無法超過光速的。這也說明了一點，在非慣性系中，速度是可以超過光速的，比如說，宇宙的膨脹速度就遠超光速。但是這種超光速并不違反愛因斯坦相對論中的光速限制，因為宇宙膨脹過程并沒有傳遞任何信息。另外說一點，我們平時所說的相對速度，比如說大型粒子對撞機中，兩個微觀粒子分別以非常接近光速的速度對撞，其實兩個粒子的相對速度看起來是超光速了，其實并沒有。平時我們所用的速度疊加公式并不適用于亞光速世界，低速物體的相對速度計算用伽利略變換，而高速物體的相對速度需要用洛倫茲變換。

光不但不能作為慣性系，連參照系也不行。光本質上就是電磁波，具有波粒二象性，也就是不確定性，這種物質怎么可能作為參照系呢？本身就是不確定的，當做參照系就更沒有一樣了。

同時，光子非常特殊，它沒有時間和空間的概念，如果光子有意識，你試圖向光子解釋何為時間和空間，無論如何你都無法讓光子明白，因為光子的意識里壓根就不存在時間和空間。

我們通常所說的“太陽光到達地球需要大約8分鐘”，是以人類視角去衡量計算的，說白了就是簡單的距離除以速度計算出來的時間，1.5億公里除了每秒30萬公里的速度，可以理解為與光子的速度無關，只是借助光速這個速度計算出來的結果。事實上，對于太陽光本身而言，一瞬間就到達地球了，不需要任何時間。不要說到達地球了，光子可以在一瞬間到達任何遙遠的距離，哪怕是宇宙的邊界。

所以，嚴格來講，“光速飛行時間就停止了”其實是不對的，光速飛行壓根就沒有時間概念了，也就不存在“時間停止”的概念了。當然，作為普通吃瓜群眾，我們可以通俗理解“時間不存在”和“時間停止”是一回事，畢竟“時間不存在”有點抽象，不太好理解，而“時間停止”就很好理解了。

話說回來，“光速飛行時間就停止了”這種思想本質上反映的其實就是我們對“時間是絕對的”這種根深蒂固的認知，是根據我們的生活常識和日常生活經驗總結出來的。但是剛才我也說了，由于我們生活環境具有很大的局限性，以至于我們的生活常識很容易被束縛住，帶來很大的認知局限性。

這也是為什么愛因斯坦會這樣說：所謂的常識，其實就是18歲之前積累的各種偏見！

當然，愛因斯坦想表達的絕不是“18歲”這個嚴格的分界線，并不是說“18歲之后就沒有偏見了”，更多的還是在表達，我們不能被日常生活認知和經驗所蒙蔽。長大成人的我們，回想起我們兒童和少年時期對世界和宇宙的認知，更能感受到愛因斯坦想表達的思想。