如何理解光速不變和光速無法超越的意義？通俗地解釋一下_風聞

這是我今天回覆某網友的帖子，不知不覺寫了兩千多字，因此當個帖子發出來吧。

畢竟花了我一個小時。

以下都儘量用淺白的語言表達，所以可能會比較長。

很多同學都是很機械地理解光速的，這樣一來就很難真正明白為什麼光速是無法超越的。

這就好比突然有個人告訴你299792458是一個無法超越的數字，後面不會有更大的數字了一樣，你一定要問這是為啥？這是憑啥？這個數字有什麼特別的地方嗎？

僅就這個數字本身而言，真的一點特別的地方都沒有。

光速極限也不是某種技術極限，不存在從技術上突破的可能性，因為光速就是光速，沒有更快也沒有更慢。

就好比你在紙上畫了一個圓，然後去測量這個圓的周長和直徑，結果你發現它們的比值是一個固定的數值，也就是π，或者説是3.1415926535898……。你説我現在想通過畫一個更大的圓來讓這個數值變大，或者畫一個較小的圓來讓π變小一點，這能實現嗎？

當然不能。

如果你説，我們不能讓π改變，是因為我們畫圓的技術不足，畫不了足夠厲害的圓，等我們將來發展出了更加厲害的畫圓技術來，就可能讓π改變了，這樣想有意義嗎？

當然也什麼意義都沒有。

圓就是圓，只要你畫的還是個圓，那麼它的周長/直徑就一定是π。

π是個常數，這個意義比π具體是等於多少更加重要。

因為π反映的是圓這種二維結構的內在本質，或者説π的存在表明圓的周長和直徑之間有本質性的聯繫。

π其實就是圓，不過是換了個説法而已。

理解這一點，比光理解了如何從公式中推導出π更加重要。

光速c也一樣。

如果把我們的宇宙看成一個圓，那麼光速c就是我們宇宙的π，這個“圓”的周長和半徑就是空間和時間。

而光速c就是描述我們宇宙的空間和時間之間的聯繫關係的一個常數。

只要我們的宇宙還在，這個常數就不會變，因為這本就是我們的宇宙本身。正如只要你畫的是個圓，那麼周長和直徑之比就一定不會變一樣，因為π其實就是圓。

至於為什麼我們的宇宙的空間和時間之間是有這樣的聯繫的，而不是各自獨立的，愛因斯坦的相對論已經給出了相應的解釋，也就是相對論時空觀。這就不展開説了。以我們今天的受教育水平，理解相對論其實並不困難。——只要你能擺脱牛頓力學對你頭腦的束縛。

説到這裏，如果你是個足夠聰明和敏鋭的觀友，一定就會發出一個疑問：我聽到這裏，光速不變算是明白了，但是光速極限論是怎麼回事？為什麼我們宇宙中不可能有超越光速的速度？我知道光速極限是可以從理論公式中推導出來的。但是正如你説的，明白為什麼會如此要比光知道如何從公式中推導出結論更加重要。那麼，你能從道理上説明下為什麼光速是極限，無法超越嗎？

要説明這一點，其實你只要明白以下兩個問題：

1，什麼是“測量”？

2，什麼是“速度”？

什麼是測量？比如我們要測量距離，拿捲鋼尺就行，要測量速度，需要鋼尺+秒錶就行。

那麼什麼是測量？

測量其實就是用一個固定的標準去量化描述觀察目標的過程。

比如我們用空間標準“長度”加上時間標準“秒”來描述速度就是如此。

但是，這樣測量出來的“速度”到底意味着什麼呢？或者説什麼又是“速度”呢？

在牛頓力學的體系下，速度是很好理解的，就是單位時間內位移的空間長度就是速度。在牛頓力學裏，時間和空間都是相互獨立的物理量，沒有任何關聯，也是互相不影響的。

但是今天我們都知道了，宇宙的實情並非如此，實際上空間和時間是互相聯繫在一起的，是密不可分、互相影響着的。

因此仔細一想，“速度”這個物理概念，到底描述的是什麼呢？

既然時間和空間都是聯繫在一起的，那我們觀察到的宇宙萬物間相互的位移、加速、減速，到底是一種什麼現象呢？

當我們用宇宙的這一部分作為標準去測量另一部分的時候，會出現什麼結果呢？

想過以上的這幾點，你至少就能初步理解，為什麼説光速就是速度的極限。

或者準確地説，為什麼説光速就是我們測量速度的極限。

簡單來講，因為一個物體的運動速度越快，那麼被我們當作測量標準的那一部分宇宙與這個物體之間的時空聯繫也就越緊密。換句話講，一個物體速度越快，它對時空的影響就越大。

為什麼會如此？因為物體在時空中的運動，本身就是一個和時空交互影響的過程。

但是我們前面就説過，我們的宇宙是自有本質的，就好比圓之於π一樣。當某個物體對於時空的影響越來越大，被影響的空間和時間之間的本質聯繫也越來越明顯的時候，那麼體現在測量上，就會有一個極限越來越明顯地被觸及到，這一極限自然就是體現時空本質的常數c。

——當然，常數c一直都在那裏，只不過只有在極端的情況下你才能觸及到而已。

那為什麼不能超過常數c呢？前面提到了，所謂測量，就是用標準量描述觀察目標。我們本質上就是用宇宙的這一部分作為標準去描述另一部分。既然都是在宇宙內，都是屬於宇宙的一部分，那自然都無法突破常數c。

突破了就不是我們的宇宙了。

突破了π就不是圓了。

最後總結幾點容易被人混淆的地方：

1，光速和光速c不是一回事，光速c是一個物理常數，光速不是。

2，我們説的光速不變中的“光速”，其實是指的光速c，光速c不變，是反映宇宙時空本質聯繫的常數。

3，我們説的光速極限，指的是我們宇宙中，測量到的物體的運動速度不可能超越光在真空中的傳播速度，這個速度的數值和光速c的數值一致。這裏的重點是“測量”。

以上。

最後最後來句題外話：

雖然理論上速度突破不了光速，但是第一，這裏的突破不了是指測量的結果突破不了，但是時空確實是可以影響的。第二，從空間一處到達另一處，也並非只有位移這一種方式，在微觀世界，在量子化的時空觀裏，你可以量子化地出現在這裏或者那裏，因為這並不涉及到位移，也就沒有速度的限制了。在量子空間裏，你出現在某處只是個概率問題，這又是我們觀察和理解宇宙的另一種方式了。