为什么不能超过光速？

天文物理 · 公众号 · 物理 · 2017-10-19 22:54

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你可能会以为，要想达到每秒钟30万公里的速度，只要增加所施加的能量就可以了。但我们发现，电子是不可能达到那么高的运行速度的。贝托齐的实验显示，增加能量之后，电子的运行速度并不会简单地成比例增加。到了后来，就算施加了大量能量，电子的速度也只能加快一点点。这一速度会不断接近光速，但永远无法真正追上光速。

想象一下，你正在朝一扇门走过去，每次走的长度都是你现在和门之间距离的一半。严格来说，你永远也走不到门跟前，因为每走一步之后，你和门之间仍然存在一定距离。贝托齐的电子加速实验遇到的也是类似的问题。

但光也是由一种叫做光子的粒子构成的。为什么这些粒子就能达到光速，电子之类的粒子就不行呢？

“物体的运动速度越快，它就会变得越重；而物体变得越重，要想加速也就越难，因此你永远不可能达到光速。”墨尔本大学的一名物理学家罗杰?拉索尔(Roger Rassool)说道，“光子实际上是没有质量的。如果它有质量，也就不可能以光速运行了。”

光子是一种非常特殊的粒子。不仅因为它们没有质量，让它们在宇宙这样的真空中可以无拘无束地自由穿梭，还因为它们根本不需要加速。光的能量借助波的形式传播，这意味着从光子诞生的那一刻起，它就已经达到了最高速度。

不过，光有时似乎传播得比我们认为的要慢一些。虽然互联网技术人员喜欢说信息“以光速”在光纤中传播，但光在光纤的玻璃中传播的速度其实比在真空中慢40%。

事实上，这些光子的运行速度仍然是每秒钟30万公里，但在光波穿过玻璃时，会从玻璃原子中释放出其它的光子，对之前的光子造成一定干扰。这一点可能很难理解，但值得我们去注意一下。。

与之类似，科学家在实验中通过改变光子的形状，成功减慢了单个光子的速度。

不过，在绝大多数情况下，我们还是可以说光速就是每秒30万公里。我们还未观察到过、或者造出过能与光速媲美、甚至超过光速的东西。下文中提到了一些特殊的案例，但在此之前，让我们先来解决另一个问题：为什么光速这么重要呢？

答案与一位叫做阿尔伯特?爱因斯坦的男人有关。他的狭义相对论对这一速度上限引发的许多后果进行了探讨。

该理论最重要的观点之一是，光速是一个常量。无论你身在何处，无论你速度多快，光传播的速度始终保持不变。

但这也带来了一些概念上的问题。

光从太阳来到到地球上。