【科學科普】光速是宇宙速度的極限？在宇宙中的超光速現象面前，光速簡直就是「龜速」

狹義相對論表明，物體速度越大質量就越大（更嚴謹的說法是動能更大），如果物體無限接近光速，動能就變得無限大。而能量與質量其實是等效的，能量和質量只是物體表現出來的兩面性而已。

如果想要一個物體達到光速，意味著需要無限多的能量，整個宇宙的能量都不夠，這顯然是不可能的。

人類目前創造的最快速度已經非常非常接近光速了，在大型粒子對撞機中可以把微觀粒子的速度加速到299，792，455米/秒，達到了光速的99.999999%！與光速只差了一點點。

但不要小瞧這一點點，不要認為「我們加把勁」就能達到甚至超越光速了，這「一點點」就是永遠不能逾越的鴻溝。不要說渺小的人類了，就是最恐怖的黑洞，也無法把物體的速度加速到光速。

但狹義相對論中的「光速限值」只是限值有靜質量的物體，這意味著如果沒有靜質量，可以達到光速，準確地說「沒有靜質量的物體必須以光速飛行」。

比如說引力子（目前還是假設概念），膠子，光子等天生就以光速飛行，沒有任何加速過程。

愛因斯坦的狹義相對論體現了光速限值，其實自然界本身必須有光速限值，因為自然界中有我們熟悉的因果律，如果一個物體超光速飛行，因果律將被打破，整個宇宙就徹底陷入混亂，甚至會分崩離析。

舉個例子，如果可以超光速，你用獵槍除掉獵物，子彈的速度超光速，你會看到獵物先倒下，然後你才會扣動扳機，因果律完全被打破了，現實世界徹底亂套，讓人捉摸不定。

再到這個世界的現實本質，這個世界是由物質組成的，而物質是靠基本的作用力電磁力，強力，引力組合在一起的，而這三種基本作用力又是靠光子，膠子，引力子傳遞作用力的。如果物體的速度超越光速，意味著以上三種力根本追不上物體本身，怎麼可能把物質粘合在一起呢？

沒有物質，又哪來的宇宙呢？

不過話說回來，「光速限值」並不是絕對的，是有前提的，這個前提就是「任何具有靜質量，攜帶資訊和能量的物質都無法超越光速」，這意味著大自然並沒有徹底關閉「超光速」的大門，還給我們「開了一扇窗」去盡情地超光速。以下就是幾種超光速現象，而且是遠超光速。

在某種介質中超光速

光速每秒299，792，458米/秒是真空中的速度，其實現實中光速是達不到這個速度的，因為大自然中充滿了各種介質，而光在介質中的傳播速度總是小於光速，傳播速度為c/n，其中c是光速，n是介質折射率，n總會大於1。事實上多數時候，介質中的光速遠小於真空中的光速。比如說光在水中的速度只有0.75c。

利用光的這種特性，我們就可以在某種介質中「超越光速」（當時不是真空中的光速，而是介質中的光速），達到「光障」效果。科學家也確實做到了。

一個物體可以在比介質中的光更快的速度穿越介質，產生光光激波（光障），這種光波被稱為「切倫科夫輻射」（怪異的藍光）。物體必須在密度比較大的介質中快速移動，光障效果才可以被我們的肉眼看到。比如說，核反應爐以非常高的速度噴出電子，高速電子穿越冷卻水的速度就比水中的光速還要快，就會產生錐形激波。

宇宙大爆炸時的暴漲速度

長期以來，科學家認為宇宙起源於一次大爆炸，一個體積無限小質量密度無限大的奇點是一切的開端，一切都是從零開始的。不過暴漲理論出現之後，大爆炸理論似乎有點過時了。

該理論認為，時間並不是從奇點的突然膨脹開始的，而是從10^-41秒開始的，這個時候宇宙已經存在，大小大約為一個天文單位（1.5億公里）。

當時的宇宙不存在任何物質，只有真空能，真空能促使宇宙以指數級膨脹，然後暴漲在10^-36秒瞬間結束，非常短暫。

此後真空能衰變成為物質，包括我們如今所知的基本粒子和反粒子。然後開始迅速膨脹。

膨脹的速度有多快？一秒之內就膨脹到了一光年大小了，一年之後大約就有現在銀河系的大小了，想像一下這個速度，光速在此速度面前不值得一提！即便是138億年後的今天，宇宙膨脹的速度仍舊遠超光速，不但如此，宇宙膨脹速度一直在加速，宇宙空間每增加1百萬光年的距離，膨脹速度就會增加20公里每秒，這就像我們吹氣球一樣，氣球上兩個點的距離會越來越遠，而且相互遠離的速度會越來越快。

空間膨脹速度遠超光速並不違反相對論，空間中的物體只是跟著空間在運動，彼此之間並沒有傳遞資訊。

詭異的量子糾纏

相信很多人都聽說過「量子糾纏現象」，它如此詭異，以至於被愛因斯坦稱為「鬼魅般的超距作用」，也讓愛因斯坦十分頭疼，因為量子糾纏現象徹底顛覆了經典物理，他認為我們的世界具有局域性（也就是不能超光速），而量子糾纏現象則屬於非局域性。

比如說，在量子世界裡，發生耦合的兩個微觀粒子，不管它們相距多遠，哪怕在宇宙的兩端，只要我們測量其中一個微觀粒子的狀態，如果說粒子的自旋向下，那麼另一個粒子的自旋必定向上，看起來好像它們存在「心靈感應」一樣，彼此之間能根據對方的狀態瞬間做出決定。

雖然量子糾纏現象非常詭異，但科學家確實驗證了這種現象的真實存在性。結果就是愛因斯坦錯了，但並不是說他的相對論錯了。

量子糾纏與相對論中的「光速限值」並不矛盾，量子糾纏中的兩個粒子並不能傳遞任何資訊。因為當我們測量其中一個微觀粒子的狀態時，粒子表現出來的狀態其實都是隨機的，而且每一次測量都意味著量子糾纏的坍縮，也就是說一旦我們實施了測量之後，糾纏態馬上就會消失，粒子之間不再發生糾纏。

所以說，「光速不可超越」這種說法其實是不嚴謹的，因為這種說法並不是絕對的，是有前提條件的。應該說是任何資訊的傳遞速度都無法超越光速（真空中的光速）。

這種非絕對性也算是大自然留給我們的「漏洞」，我們可以利用這個「漏洞」進行「超光速」旅行，比如說蟲洞和「曲速引擎」的概念，就是利用空間的彈性，折疊，甚至撕裂來瞬間跨越浩瀚星際距離。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。