光速严格来讲并不是指“光的速度”,甚至可以这么说:光速其实与光没有必然联系。

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不要被“光速”这个词语的字面意思迷惑了,认为“光速就是光的速度”,其实并不是那样的。当然,很多人的固有观念里认为“光速就是光的速度”也未尝不可,作为普通的吃瓜群众来讲,可以那么通俗理解,但从更严谨的角度来讲,并不妥。

光的速度确实是光速,但速度达到光速的绝不仅仅只有光,还有其他事物,比如说传播强相互作用的胶子,还有引力波等。

其实光速这个定义不应该用光来定义,只不过由于光在我们身边无处不在,人类发现光速这个速度最早也是通过光发现的,所以一开始就把这个速度定义为“光速”。其实这个速度本身与光是没有关系的。

光速,是我们所在宇宙的固有属性,内在秉性,是因果关系的传递速度。具体来讲,光速是四维时空的基本属性,与四维时空里任何物体和运动都没有关系,这也是为什么“光速不变”的原因所在,因为光速只与四维时空有关。

而光的速度只是刚好达到光速这个极限速度罢了,而达到这个极限速度的不仅仅有光。

那么,光速这个极限速度为什么会存在呢?

因为因果律。刚才说了,光速就是因果律的速度,如果因果律没有速度限制,就意味着时间无法存在,宇宙中的一切物质和信息都可以瞬时传播,这将意味着什么?

意味着宇宙中所有物质和信息将完全同步,成为完全同步的基本量子。这样的宇宙意味着只有现在,只有此时此刻,没有过去和未来,也意味着宇宙中没有任何事件发生,也没有任何事件结束,所有的事物只有存在或者不存在两种结果。

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那将会是一个怎样恐怖,怎样不可思议的宇宙?那样的宇宙根本不可能形成行星和恒星。为什么?

因为那种完全同步的宇宙不会产生信息的不均质,而物质或者信息的不均质是行星,恒星以及宇宙万物形成的根基所在。

纵观如今我们的宇宙,小到生命,大到行星,恒星甚至星系,其实都是不均质的,而不均质就要求因果律在传递过程中必然有速度上限的限制。

而说到光速和光速限制,又不得不提及爱因斯坦的相对论。从狭义相对论角度理解,当一个物体的速度越来越接近光速,时间就会变得越来越慢

这里来做一个假设。假设你乘坐一艘飞船,飞船的速度正好是光速,那么你的时间就停止了,注意是相对其他参照系停止。也就是说假设你乘坐的飞船以光速飞行,同时飞船和你仍旧能完好无损地存在,那么你感受到的一秒甚至再短的时间,对于外部世界来讲都是永远。

如果你在飞船里奔跑,对于外面世界的人,比如对于我来讲,你的速度仍旧不会超光速,而只会是光速。对于我来讲,你是完全静止状态,在我整个一生时间里,甚至宇宙的整个一生都无法见证你哪怕再短时间的一个小动作,因为对于我来讲你的时间完全没有流逝!

有人可能会说,爱因斯坦的狭义相对论是以“光速不变”为基础的,言外之意,爱因斯坦是用“光速不变”推导出“光速不可超越”的。那么光速不变与光速不可超越到底哪个是因,哪个是果?或者说哪个是最根本的存在呢?

光速不变是最根本的。同样的,光速不变严格来讲也不是指“光的速度在任何参照系下保持不变”,光速不变指的也是四维时空的固有特性,只与四维时空本身有关。

而光速不变可以推导出来光速不可超越。我们可以通过实验证明光速不变,虽然不能最终完全证明,这是科学的可证伪性决定的。无法在实验中证明光速真的不能超越,但可以通过光速不变在理论上推导出来光速不可超越。

另外一个问题,引力波的速度真的与光速一样吗?是巧合还是必然?

两者确实一致。早在2017年天文学家在观测连个中子星融合过程产生的引力波,就证实了引力波的速度就是光速,也验证了当初广义相对论的预言。

还有一个问题,光为什么能以光速传播?

因为光就是电磁波,没有静质量,但具有能量,在麦克斯韦电磁理论中,电磁波的速度就是光速。

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具体来讲,当我们要给一个物体加速时,就需要一个力,加速度与力的大小和物体质量有关,而在牛顿经典力学中,这个物体质量指的是静质量,这个静质量不会随着物体速度变大而增加,增加的速度只是提升了物体的动量或者能量。

爱因斯坦用相对论统一了质量和能量,表明物体的速度也可以构成能量从而参与惯性的计算中。这样一来,随着物体速度提升,物体的质量(动质量)会不断变大,而宇宙的能量又是有限的,所以理论上也一定存在一个极限速度。

光的静质量为零,所以光的极限质量其实都是动质量,都会展现为速度带来的能量,全部展现为速度,而此速度就是宇宙的极限速度,光速。

而其他任何静质量不为零的物体都无法被加速到光速,而静质量为零的物体或者信息,都只能以光速飞行。

那么,光速为何刚刚好是每秒30万公里呢?(实际上并不是正好30万公里,而是稍微小一点,这不重要,不影响我们分析),为什么不能小一点或者多一点呢?

答案是,如果光速慢一点,就不会产生碳元素。而如果光速快一点,就不会产生氧元素。没有这两种元素,我们的宇宙将会怎样?无法想象,肯定与如今我们看到的宇宙有很大不同,最起码的,生命是不可能诞生的,起码碳基生命不可能出现。

至于为什么会这样,这又是另外一个话题了,以后的科普文中会重点分析,这里就不详述了。

也就是说,之所以光速正好是每秒30万公里,是因为只有这个速度能刚好产生我们这样一个宇宙,其实这也是“人择原理”的一种体现。如果光速不是每秒30万公里,就不会有如今的宇宙,也就没有生命,当然更不可能有你我,也不会有人质疑“光速为何刚好是每秒30万公里”了。

言外之意,可能存在其他宇宙,所谓的平行宇宙,那里的光速可能大于或者小于我们宇宙的光速,至于那样的宇宙到底是什么样,我们就不得而知了。科学家确实通过电脑试图模拟出这样的宇宙,但又有牵扯到的物理参数很多,完全模拟出来不太现实。

总结

光速不可超越,是我们宇宙的固有特性,具体来讲是四维时空的固有属性。所以,只要在四维时空里,就别想着在绝对速度上超越光速了。当然,理论上如果你能成功逃脱四维时空的束缚,来到一个未知的时空里,或许你可以随意超越光速,那又是另一回事了。

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其实,对于大自然来讲,根本不在乎速度有多大,大自然本身并不会刻意限制速度,就像刚才所讲,有本事你就离开四维时空去尽情超过光速,大自然一点也不在乎,大自然才没时间管你那些“破事”呢。

还有,光速限制的只是因果律的速度,也就是信息的传播速度。如果没有任何信息传递,就不受光速限制的束缚,比如说宇宙的膨胀速度,量子纠缠的速度等都可以超过光速,而且超出光速很多倍,这是被允许的,因为无论是宇宙膨胀还是量子纠缠,都没有传递任何信息。

完!