光速,是宇宙中的极限速度,任何物体的速度都不可能超过光速,而且只有光子等没有静质量的物体速度才能达到光速,其他物体只能尽可能接近光速,无论如何都达不到光速。
问题来了,宇宙为何有如此特性?宇宙为何还限制光速呢?简单回答:因为光速限制是由四维时空决定的,四维时空的极限速度就是光速,这也是四维时空的固有属性。
通俗来讲,由于光速与时间(还有空间,时间和空间是一体的,这里暂且只讨论时间)是密不可分的,速度会影响时间快慢。速度越快,时间就越慢,当速度达到光速,意味着时间静止,也就没有时间概念了。
那么,假如超光速呢?意味着时间倒流了,这显然是不可能的,起码在我们的四维时空里是不会发生的,时间倒流违反了因果律,如果没有因果律,无法想象将会是怎样的世界。下面我们来具体讲一讲光速,时间和空间的关系。
首先,我们生活在四维时空里,包括三维的空间和一维的时间,其实所谓的三维空间只是人为的定义,准确来讲就是时间和空间组成的“时空”,不过这并不重要。重要的是,我们所在的四维时空并不是绝对的,而是相对的,速度和引力都会影响到时空结构。
引力对时空结构的影响属于广义相对论范畴,这里就不详述了。
爱因斯坦的狭义相对论表明,速度会引起时间膨胀效应,如果你的速度非常接近光速,意味着时间和空间会发生明显变化,而且两者是同时变化的,因为时间和空间是一体的,不可分割。具体表现为时间膨胀和尺缩效应。你的时间会变得非常慢,甚至趋于停止。而你所在的空间也同时会出现明显变化,不管多远的距离在你眼里都近在咫尺,这意味着你瞬间就能跨越浩瀚星际距离,在一瞬间就能到达上万光年之外的星球上。
但是,以上现象只是在对于你而言的,而对于地球上的我来讲,你飞往一光年外的某颗星球上,并不会一瞬间就到达了,而仍旧需要一年时间。之所以你和我的感受如此不同,就是因为我们两个在不同的参照系,所以两者并不矛盾,你和我的感受都是对的。
这说明了什么?说明你感觉自己只是过去了短短几秒钟,但地球上的我已经过去了几年甚至几十年时间,等你再返回地球,就相当于穿越到了地球的未来。爱因斯坦提出的相对时空观完全颠覆了我们对时间和空间的传统认知。在我们的固有思维里,是以牛顿的绝对时空观为基础的,也就是说,任何人的时间都是一样的。比如说你感受到的一秒,与我感受到的一秒不会有任何不同,这也与我们的日常生活感受相符。
当然,我们认为自己生活在绝对时空观,其实只是一种“错觉”,主要还是因为我们平时经历的速度与光速相比实在太低了,根本感受不到时间和空间的相对性,速度和引力对时间的影响完全可以忽略不计,我们更感觉不到。不过,一旦速度达到亚光速,尤其是速度非常接近光速时,时间膨胀效应就非常明显了。当你的速度无限接近光速时,意味着你的时间趋于停止。
不过所谓的“时间停止”并不是指你的本征时间,如果你带着闹钟,你会看到闹钟上的指针仍旧正常转动,与地球上的闹钟并没有什么不同。
只是你度过的短短几秒钟,对于外界来讲可能已经过去了几十年甚至几百年。这就意味着,虽然你自己并不会感受到时间变慢了,如果你身处一个完全密闭的飞船内,看不到外面的一切事物,你的感受与在地球上的感受并不会有任何不同。但事实上,外部世界早就发生了翻天覆地的变化。你甚至不可能在飞船里度过一生,甚至短短几秒钟之后你就会死去!为什么?
因为正如上面所说,你的短短几秒钟,宇宙可能过去了千万年之久。而且理论上只要你的速度无限接近光速,你度过的一秒钟,对于宇宙来讲就可能过去了无限长的时间,这意味着在你的短短一秒钟时间,宇宙可能就毁灭了。
连宇宙都不存在了,你就更不可能存在了!当然,无论你的速度有多快,都不可能达到光速。但总有人会提出这样的问题:假如达到或者超过光速,会发生什么呢?
就好像有人这样问:如果光子有意识,光子会看到什么呢?
其实这样的假设是毫无意义的。因为光速飞行或者超光速飞行对于我们来讲是不现实的,没有意义的。
对于光子自身来讲,光子以光速飞行并不意味着时间停止了,而是光子本身就没有时间概念。说白了,在光子眼里根本没有过去和未来,只有现在,只有此时此刻,这也是为什么不管多么遥远的距离,光子都可以瞬间到达。
这里需要强调一点,有人可能会质疑:我们不是经常说“太阳光到达地球需要8分钟时间吗?”确实需要8分钟,但这里的“8分钟”只是以地球为参照系计算出来的,也就是在人类眼里,太阳光到达地球需要大约8分钟时间。但是对于光子来讲,到达地球不需要任何时间。两者并不矛盾,只是参照系的选择不同罢了。其实也不能用“参照系”来诠释,我只是想用一种通俗的方式来解释,因为光是不能作为参照系的。
总结一下。宇宙中的光速限制本质上是四维时空对速度的限制,也就是说,在四维时空里,光速是速度上限。
言外之意,如果脱离了四维时空,光速可能就不是上限了,甚至可能是下限,谁知道呢?比如说,如果真的存在高维度时空,在那里很可能就不存在什么光速限制。当然也有可能存在,只不过存在的“光速限制”与我们所在的四维时空的“光速限制”正好相反,高维度时空的“光速限制”限制的速度的下限,也就是所有物体的最低速度是光速。
至于高维度时空存不存在,那就是另一个话题了,也是科学家们热衷研究的话题,只不过以目前人类的科技水平,很难找到高维度时空存在的证据!