人類已知最快速度？你可能誤會光速了

最近很迷劉慈欣先生的專輯《劉慈欣思想實驗室》，他在專輯中探討了技術爆炸的極限問題，他說技術爆炸來自社會規則方面的極限是不存在的，但來自技術本身的極限是存在的，他舉的一個具體的例子就是宇宙航行的速度受到光速極限的制約。

然後我就一直在想，為什麼光速是宇宙中的極限速度，難道這個極限就是技術爆炸的極限。這個問題我想很多讀者都質疑過，科學家憑什麼認為光速是宇宙的極限速度，換句話說，憑什麼能量和信息的傳遞速度無法超過光速。

細心翻看各大論壇對光速的討論時，很多網友都說這句話不嚴謹，他們認為應當把這句話改為光速是」人類已知」的宇宙最快速度。一定要加這個定語呢，當然也不能算是錯了。

實際上，絕大多數的科普書在說到光速極限的時候都不加這個定語。一些作者會說，這是人類對宇宙規律的一個基本假設，那為什麼那些科普作者認為不需要加上」人類已知」這個定語呢？這是因為普通人對光速的認識依然停留在與動物奔跑速度無異的層次上，他們認為，談到宇宙中的最快速度就好像在談論地球上跑得最快的動物一樣。比如我現在說獵豹是地球上跑得最快的動物，那麼換種更嚴謹的說法就是，獵豹是人類已知的奔跑速度最快的動物。他這樣說沒有毛病，但是他們卻不知道光速和動物奔跑速度雖同叫速度，但它們有本質的不同。不同在哪裡呢？動物奔跑這樣的運動速度都符合伽利略相對性原理，速度的多少必須有一個參考系，而光速則完全不同，它可以完全無視伽利略相對性原理，即它的速度是絕對的，不需要指定任何參考系，或者說是在任何參考系下光速都是絕對不變的。

如果你還是不能體會出光速的這種這種絕對意義的話，打個比方，請你想像一下，圓周率π的含義是圓的周長和直徑之比，只要是在一個平面上的圓，不論圓有多大，即使超出了整個可觀宇宙的尺度，它們的比值也不會變，永遠都是3.1415926……，不可能有一絲改變，這種絕對就是是永恆的，是數學規律的支配，我想啊，假如他們能夠理解出π的永恆性的話，那麼現在請把對π的這種感覺轉換到對光速的感覺上，那他們就能理解什麼是光速的永恆性了。

我們可以這樣設想，假如有人對一個小學一年級的學生說圓周率π的數值是3.1415926……，這個孩子卻給他指出這句話不嚴謹，應該改為」人類已知」的圓周率π的數值是3.1415926……。這種感覺其實就跟有人指出說光速是宇宙極限速度不嚴謹時的感覺是一樣的。估計他肯定心裡會自然而然的想等這個孩子學到高年級時，自然就會明白圓周率的值為啥是π了。同理，等那些人明白了光速不依賴參考系的概念時，自然就明白了光速極限的含義了。

下面我們想繼續深入探討下去，為什麼我們會信任圓周率π的值是3.1415926……呢？理由很簡單，因為從古至今，我們已經驗證了無數次。而且，基於這個數值的人類已經創造了輝煌的文明，換句話說，幾乎所有人類製造的產品，從小到一支筆，到大如太空梭都離不開我們對π的數值的堅定不移的信任，我們在在做任何計算的時候，從來不會懷疑π的數值可能會是錯的。在發生了任何科學事故的時候，都不會有人去懷疑因為π的數據不對而導致悲劇。

我聽到過無數普通人質疑光速極限，但我幾乎沒有聽到任何一個人在公開場合質疑π的數值，那為什麼會這樣呢。因為π是一個比較容易被理解的抽象數學概念，可能只需要小學畢業就能理解了，而光速極限就沒有π那麼容易理解了。在絕大多數人的學歷教育中，教科書都沒有試圖讓我們像理解π那樣去理解光速，這就是為什麼那麼多人覺得應該在光速是宇宙中的極限速度前加上」人類已知」這幾個字，就好像說獵豹是」人類已知」的跑的最快的動物一樣。雖然π是π，光速是光速，他們並不是同一個東西。這僅限於打比方，不是嚴謹的推導，為了大家能更好的理解，藉助圓周率π會幫助很多人理解光速的這種絕對性，圓周率π和光速度的共同之處在於，他們都是超脫於人類觀察之外的一種抽象的存在，是我們生存的這個宇宙中的基本屬性。只有假設圓周率π不變，人類才能繼續製造工具。同樣的道理啊，只有假設光速是宇宙中的極限速度，人類才可以解釋我們所觀察到的幾乎所有宇宙現象，從無線電波到日月星辰的運動，再到黑洞引力波、中子星並和等等。所有這一切現象都是在光速極限的前提下發生的。

最後我還想告訴大家，很多科學家認為宇宙可能不止我們存在的這一個，宇宙可以有無數個。每一個宇宙都可以有自己的宇宙常數，但是光速也依然是那個宇宙中的極限。這是愛因斯坦在100多年前對宇宙的一個深刻洞見。宇宙必然需要一個獨立於所有參考系之外的運動速度。你聽到這裡，就不要再問兩束相反方向射出的光速的相對速度是多少了？

既然講到這裡，我就想再說一點，公認的星際間的退行速度為什麼能超過光速啊？不違反狹義相對論呢？狹義相對論的一個重要推論是信息和能量的傳遞速度無法超過光速。什麼叫做傳遞？有兩個各自獨立的系統，他們的總信息和總能量是各自保持一個總量守恆的。如果一個系統中的信息和能量傳遞到了另外一個系統中，那麼這就意味著原系統的信息或者能量減少了一個單位數值，而目標系統的信息或者能量增加了單位數值，於是我們就可以認為原系統中，由這單位數值的信息或者能量傳遞到了目標系統中，類似於熵增減原理。

那我們如何檢驗信息和能量的傳遞速度是否可以超過光速了？關鍵啊，就是看兩個系統的信息量和能量有沒有增減？星際間的退行速度為什麼能超過光速這個問題？首先我想告訴你其實我們並不能真正的觀察星系的互相退行速度超過光速，因為一旦超過光速，我們就永遠不可能看到他了。他們這個是我們根據哈勃定律推算出來的，他們雖然超光速，但兩個星系之間並不能傳遞信息或者能量，不遵守熵增減原理。飛船的運動速度為什麼不能超過光速呢？因為飛船攜帶了能量的同時，也攜帶的信息。

好了，以上就是我所能理解的為什麼光速極限不需要加「人類已知」的定語。請多指教。