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光速是速度的上限是不是某种限制规则，还是必然存在呢？
光速,速度,宇宙光速是速度的上限是不是某种限制规则，还是必然存在呢？
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
光速是速度的上限是不是某种限制规则，还是必然存在呢？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
物体的外在能量有两种方式，其一是相对于身的动能，其二是相对于空间的势能。类似赤脚滑水，速度可以使空间（水）的效应增大。所以，光速是光子维持其相对于空间势能的速度。光速之所以最快，是因为光子的静质量最小，需要更快的速度维持相对于空间的势能。其他粒子则由于质量太大，如果真达到光速的话，就会因相对于空间势能太大（表现为空间过硬）而解体，回归为光子。
回答于 2019-09-11 08:43:50
（真空）光速不是速度的上限。
准确的说法是在惯性系中，局域速度不能超光速。但在非惯性系中速度是可以超越光速的。比如，宇宙膨胀现象中，远方的星系与超光速的速度远离银河系，这是因为空间本身的膨胀造成的。又比如在粒子对撞机中，两个粒子各自以亚光速的速度对撞时，它们的对撞速度是超光速的。这是啥意思，意思就是假定其中一个粒子不动的情况下，那么另一个粒子是以超光速的速度和它发生相撞的。
图示：两束亚光速粒子对撞时，超光速就发生了，但这是相对运动速度超光速，不是相对于静止观察者的运动速度。
图示：火车相对于地面静止不动的人的速度，惯性系速度
但是静止质量大于零的物体，在惯性系中的运动速度不能超过真空光速，这被称为超光速限制，这意味着不会出现超光速火车。这是因为，如果静止质量大于零的物体，在惯性系中的超光速，将导致宇宙因果链崩溃。所以，只要宇宙因果链是不可被打破的铁律，那么惯性系中不可超光速就是被规则所限制的。
图示：如果从地球上发射一束两倍光速的粒子，它会用多长时间到达月球？
地月距离大约为1.25光秒，如果向月球发送一束两倍光速的粒子，它不会在1.25/2=0.625秒的时间中到达月球，它会进入到过去的时空中，从现实中消失。
为什么超光速会打破因果链？
要理解这个问题，我们得先知道到底什么是速度。
从公式来看，速度很简单，就是单位时间走过的距离，速度或者速率（不考虑运动方向）的计算公式为：
距离/时间。
比如以秒为时间单位，以米为距离单位。那么某个物体或某个粒子的运动速率为每秒多少米，比如光子在真空中的运动速率为299,792,458米每秒（≈3.00×10^8 m/s）。
可是，如果不能精确定义单位时间和单位距离，那么速度或速率的计算就将成为一个笑话，变成一件毫无意义的事。
按照牛顿第一定律即惯性定律：
若施于某物的总外力为零，则该物的运动速度不变。
想象一个在宇宙空间中保持匀速直线运动的物体，我们首先知道一件事，那就是这个物体的运动速度是一个常量，一个不变量。
但是如果我们量度时间和距离的方法有问题，不够准确变来变去，那么当我们每天对该物体进行一次测速，那么测量出来的速度就会变来变去，但这当然不是推翻牛顿第一运动定律的理由。在夸张的情况下，也许昨天的测量的结果是每秒1米，但今天的测量结果变成了每秒2米。这是因为量度距离的尺子出了问题，又或者是量度时间的方法出了问题。
如何精准量度时间或距离
可是一秒时间究竟有多长呢？
这可以通过原子钟来进行精确定义，对于铯原子钟，9192631770次电子跃迁振荡所花费的时间就是一秒。由于铯原子钟的振荡周期极其稳定，因此一秒钟的时间到底有多长也就同样稳定，不会随意变来变去。
那么一米到底又有多长呢？
在历史上，人们曾经用过多种方法定义过一米到底有多长，比如人工制造一根米原器。
图示：标准米的长度，米原器。这是一根Ｘ形的铂铱合金棒，在1889年-1960年间都是米的标准
但用一根具体的棒子来代表一米有多长是危险的，因为它的长度不可能保持不变，当米原器自身的长度开始发生变化后，世界岂不就要乱套了？因此从1983年至今，米的长度定义被更改为“光在真空中于1/299792458秒内所行进的距离”。这首先意味着一件事，一旦光速得到更精准的量度，改变的数值会是米而非光速本身，因此从度量衡的角度看，光速可以变，但是光子本身是不可能超光速了，但不可超光速不代表光速就真的是不变的，这个细微的区别需要小心谨慎的注意。
这个定义意味着什么呢？
这意味着假如真空光速突然翻倍，那么今天的一米距离其实是昨天的两米！当然，这样的事情几乎不可能发生。
所以问题来了，我们为什么要用光速来定义一米有多长呢？
光速的特异性：简单速度合成公式失效
图示：跑步机
人在跑步机上运动，但相对于地面，运动速度为零。这是因为人运动的速度和跑步机上皮带的运动速度相同，方向相反。
跑步速度-皮带速度 = 0
如果是在商场的传送带上，如果人顺向或逆向在传送带上行走，那么他相对于地面静止不动的人说的速度就是：
自身行走速度±传送带速度
但这个简单速度合成公式只对低速运动物体有效，当速度趋近于光速时，需要使用另一个速度合成公式：
图示：狭义相对论速度合成公式
由于大多数情况下，V1和V2都远远小于光速，所以分母可以视为1，于是狭义相对论速度合成公式就退化为简单速度合成公式 。
但现在，让我们来考虑当V1=0.1C，V2=C时，会发生什么情况呢？
假设一艘宇宙飞船以0.1C的速度前进，在船头顺着前进的方向，发射一束光，那么这束光的速度是多少呢？如果按照简单合成公式，速度就是1+0.1=1.1C，但按照新的速度合成公式，这束光的速度为：1.1C/(1+0.1)=C。
假设一艘宇宙飞船以0.1C的速度前进，现在从船尾逆向发射一束光，那么这束光的速度是多少呢？如果按照简单合成公式，速度就是1-0.1=0.9C，但按照新的速度合成公式，这束光的速度为：0.9C/(1-0.1)=C。
看到吗，这就是光速不变的关键所在。不论光源的自身的速度等于多少（当然是在低于光速的情况下），无论光是顺向还是逆向发射，相对于惯性系中的测量者来说，光速是不变的。
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