光速，顾名思义就是光波或者说光子的传播速度。除此之外，它还神奇地出现在一些看似毫不相干的地方，比如你可以在著名的质能方程中找到它（E mc²）,但这个公式却仅在表示能量与质量的关系。实际上光速c作为一个常数已经渗透到了现代物理的方方面面。 在更早的时候，光速这一概念还没有被认可，人们相信光的传播速度是无限大的。直到1675年，罗默在观测木星卫星的过程中偶然发现木卫月食时间有差异，进一步的研究之后，确认了光速存在上限的假说，并大致计算出光速的大小¹。 至于光速为什么是3 108 m/s而不是别的数值，我认为可能是对单位人为定义的原因。比起作为速度大小的定义，它更像是一个物理学常数，如万有引力常数和普朗克常数一样，它反映出的是宇宙最本质的规律。 除此之外，光速一些奇特的性质。1887年，麦克尔逊和莫雷合作进行了一项著名的实验。他们发现无论从哪个方向测出来的光速，其大小都是相同的，换句话说，光速并不受所选参考系影响。 如果我们有两束以相反方向发射的光，那它们的相对速度是多少呢？相信很多人都有类似的疑问。结合刚才的迈克尔逊-莫雷实验我们知道，答案还是光速。看起来这似乎和我们的常识相悖。 进一步的，如果我们同时向左右释放两个光子，那么它们到达同样远的终点所用的时间一定是相同的。如果这时我们开始向右运动，那么以我们为参照来看，左侧的终点会与左侧的光子相向运动，而右侧的会同向运动，由于光速不变，所以左侧光子会提前到达终点。 结果的确令人费解，同一个人对同一个物理过程，竟然会得到不同的结论。 如果继续加速，左侧光子到达终点的时间就会越来越短，一旦我们超越了光速，我们甚至会看到光子还没发射出来就已经到终点了。这就好像我还没起床就已经出门了，或是我还没觉得饿就已经吃完了(餐馆危)。打破因果律可不是件小事，因为我们的宇宙是有逻辑的²。换句话说，因果律是不能被打破的，这也间接证明了光速无法超越的理论。 但读到这里，我要说，也不要对超越光速这件事灰心，其实我们仍有一些办法＂比光速快＂。 方案一：如果将一张纸对折，那直接从纸的一端到另一端要比沿着纸面走快得多。所以我们可以先考虑一下利用空间折叠，在另一种意义上实现光速的超越。当然这样做的风险也是相当大的，我们只能利用宇宙中现有的＂折叠点＂也就是虫洞，不过它究竟连接到宇宙的哪个地方根本不确定，毕竟我可不想搭这样一辆不知道终点的列车。 方案二：没有什么东西可以超越真空中的光速，就连光本身也不行，但前提是在真空中。由于在介质中光子的速度会稍有下降，一些高能粒子却不怎么受介质的影响，他们甚至可以比那些光子快。正如超过声速时会产生音爆，高能粒子超过＂光速＂时也会产生类似光爆的现象，这就是切尔科夫效应。物理学在这些细小的地方难免有些小bug，但这种取巧的方式很难让人信服。 方案三：微观世界中，物质都遵循着量子力学的法则。与经典物理不同，它常常反映出违背直觉的理论，量子纠缠正是其中的代表。粒子除了有宏观物质一样的质量和速度等，还有自旋的性质。处于量子纠缠状态的两个粒子时时刻刻都保持着状态的同步变化，而且这种纠缠的感应是瞬时的，并不受距离限制。尽管目前只能通过它来进行信息的传递，但它一定会是人类超越光速的关键所在。 方案四：让我们将视线放到宇宙刚刚诞生的那段时间，那个时候物质和能量的密度都高得惊人。在那之后，宇宙迎来了一次极速地扩张，在大概10-32s的时间内，自身体积扩大的近1025倍，这样的速度显然远远超过了光速。关于宇宙暴涨理论，科学家已经进行了大量的观测与研究，但它的成因仍是个谜。 注：1.具体地讲，因为木星对木卫星的遮挡，我们在地球上有一段时间是看不到木卫星的，大致相当于木卫星的月食。但罗默发现不同的时间测量月食的时间并不一样，实际上正是由于光的传播有速度上限，当地球与木星的位置距离不同时，月食发生和结束时的景象传播到地球上的时间也并不相同，也就造成了月食时间上的差异。 2.宇宙是否存在逻辑仍值得怀疑，或许是因为我们所在的宇宙存在这样的因果关系，使我们自然形成了同样的逻辑。如果有其他的宇宙，并且有着与我们不同的因果关系，其中的生物会不会就产生了与我们截然不同的逻辑思维(可能他们已经习惯了没来得及饿就吃饱了的生活？)，那将是一个我们完全理解不了的世界。 写在最后 伴随着物理学研究的不断深入，光速c越来越频繁地被应用于各个领域。我们得承认，就算我们对它很熟悉，3 108 m/s仍然是一个人类无法企及的速度，哪怕是目前最快的人造飞行器也不及光速的千分之一。尽管如此，我还是觉得这些离我们遥远的神秘事物总是那么令人着迷，当我们去感受星空的美，也请在心中留下一个为什么。 如果你觉得这个系列还不错，希望你可以点一个赞，关注我，或者转发让更多人看到，你们的支持是我们更新的最大动力！ 关注我们的微信公众号＂科普向＂查看更多科普类文章。 我们作为一个新团队十分缺乏经验，可能会存在种种疏漏，还请各位大佬嘴下留情，反馈问题。感激不尽！ 文/ origin 责编/ 同儿睡不着。 小蓬软件工作室
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