每秒30万公里的光速,为啥不能被超越,难道宇宙是被设计好的?
光速不可被超越的性质,最早是来自爱因斯坦的相对论,1905年他在狭义相对论里提出光速在真空里恒定,无论你多快追它,它都以30万公里每秒跑开,这不是技术问题,而是宇宙的基本规则。
在关键公式E=mc²里,E是能量,m是质量,c是光速,所以物体加速时动能会变成质量,质量越大加速越难,到光速时质量趋向无穷大,需要无穷能量来进一步向光速逼近,但是宇宙中是不可能有无限大的能量的。
举例来说,一艘飞船的初始质量1吨,加速到90%光速后,质量就会增到2.3吨,到0.999倍光速就会增到22吨,然后越接近光速质量就会越大,需要的燃料或者能源也会呈现指数爆炸效应。
除了质量的增加外,光速还绑定了时空本身,物体接近光速时间变慢,长度还会缩短,这就是时间膨胀效应和尺缩效应,假设你以0.99倍光速飞向930亿光年的宇宙边界,船上1年地球过14年,如果能达到光速,时间对飞船里的人来说就是静止的,超过光速就是倒流的,不过这也是不可能的。
从物理学上来看,光速的根基在电磁力,光的本质是电磁波,电子、质子间的相互作用都以30万公里每秒传,超光速意味着信息会比电磁力快,但这样物理定律就得重写了,宇宙的基本框架就乱套了。
还有一个是质量问题,光子是没有静止质量的,所以才能跑30万公里每秒,但是有质量的物体一开始就得克服惯性,永远追不上无质量的光,科幻里的超光速,比如曲速引擎靠虫洞或扭曲空间,可这需要负能量或奇异物质,目前的物理学还无能为力。
哲学家尼克·博斯特罗姆,曾在2003年提出模拟假说,如果高级文明能造虚拟宇宙,我们可能是他们的游戏角色,光速像电脑的处理极限,超了就出BUG了,所以宇宙速度的上限就被编码成了30万公里每秒。
除了光速外,量子力学的随机性(测不准原理)也比较像是为了节约算力而出现的设定,普朗克长度(10⁻³⁵米)像像素格子,光速像刷新率,可是这些都没有证据,反倒是相对论和量子力学自洽运行了上百年,预测的黑洞、引力波也都应验了。
现在来说超光速就是星际旅行的梦,虫洞可能连通空间两端,但只是理论上可行,但需维持的负能量等于太阳总输出,人类0.7级文明还差远了,也许光速始终就都是制约人类文明的限制。
也许最后的结局就是,宇宙中所有文明都会被光速限制在几十光年范围内,永远也发现不了彼此的存在,更别说互相交流了,某种意义上来说这也可能是费米悖论的答案之一,宇宙的寂静真正的原因。
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