我們都知道光速不可超越,但其根本原因是什麼?

2020-12-08 騰訊網

　　我們都知道光速無法超越（準確地說任何有靜止質量的物體和信息的速度無法超越光速），但根本原因究竟是什麼呢？

　　很多人會說是因為愛因斯坦的相對論。狹義相對論表明，物體的速度越快質量就越大，如果想要達到光速就需要無窮多的能量，整個宇宙的能量都不夠，顯然這是做不到的！

　　但這種解釋並不能讓人滿意，或者說邏輯上有瑕疵。為什麼物體的速度越快質量就越大呢？也就是說，愛因斯坦的狹義相對論是基於什麼推導出來的呢？

　　一切都基於一個原理：光速不變原理！

　　簡單說，光速不變原理是愛因斯坦的一個假設，為詮釋麥克斯韋方程組裡電磁波速度正好等於光速，而電磁波的速度在任何參照系下都是恆定值的假設。人們也開始認識到了光也是電磁波！

　　光速不變原理的假設讓很多種問題迎刃而解，之後也得到了驗證，比如麥可遜莫雷的實驗證明。於是光速不變原理就被當成一種「公理」！

　　什麼是公理？就是不需要去證明的事實存在，利用公理可以推導出其他定理，比如愛因斯坦的狹義相對論！

　　有人可能會問，光速為什麼不變？沒有人知道為什麼不變，它是公理，不需要證明。當然你可以不接受它是公理的事實，前提是你需要有比這個原理更好的解釋，解釋麥克斯韋方程式。如果不能，那就接受這個公理，事實上接受一個公理也沒有那麼難！

　　就像我們都接受「兩點之間直線最短」這個公理一樣，如果你要問為何「兩點之間直線最短」，扔一根骨頭給狗，狗不會沿著曲線跑，而是直線，連狗都知道的公理還需要去證明？

　　所以說，光速無法被超越的根本在於「光速不變」，當然光速不變並不是指光速在真空中的傳播速度不變，而是相對於任何參照系都是光速，即使你拿著手電筒以0.9倍光速飛奔，手電筒發出的光線速度仍舊是光速，而不是1.9倍光速！

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    狹義相對性原理：一切物理定律在所有慣性系中均有效狹義相對論中所有推導出來的結果都是以這兩條最基本的假設為前提的，當然光速無法超越也是，因為狹義相對論中推導出來的質增效應會讓存在靜止質量的物體在接近光速時質量無限增加，進而讓速度在無法前進一步，因為推動物體前進的能量是有限的，它最終會停留在某個接近光速的位置。
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