Question

光速无法被超越，其根本原因是什么？

Answer 1

首先我想说的是，光的速度可以被超越！不要惊讶，这是真的，但我们需要在耍赖、作弊的情况下才能超越光的速度，这个我们后面在说。首先我们在非相对论的基础上解释下，为什么我们不能超光速？
人类的极限速度

目前人类所创造的速度极限实在粒子对撞机中实现的，粒子加速器是利用电场加速粒子，并且使用磁场将带电粒子控制在加速环中加速，这就是说磁场、加速环越大，粒子获得的能量越高， 大型强子对撞机中质子获得的能量是 6.5 TeV，速度已经达到了0.9999999896c，299,792,455 m / s。这个数字一看这和光速基本没有区别，但确实没有达到光速。但质子还不是最快的人造速度。

还记得电子吗？一个电子比质子轻了1836倍！在LEP电子对撞机中获得的能量为104.5 GeV，是人类有史以来最快的加速粒子，达到了0.999999999988c，299,792,457.9964 m / s，仅仅比真空中的光慢3.6毫米/秒！

这时你可能会想，就差了3.6毫米每秒，这么难么？是能量不够吗？有没有更高能量的粒子？有！人类目前造不出来，但宇宙可以，大家还记得黑洞旋转的吸积盘的，磁场比人类创造的磁场强10亿倍，喷射出来的宇宙射线（质子流）能量可以一路飙升到10^19 ev以上！
宇宙的极限速度，为什么不能被超越？
这么高的能量为什么还是没有超光速，下面就说说到宇宙的速度限制或者说能量限制了。当一个粒子的所携带的能量在5 10^19 eV以上时，宇宙就开始干预粒子，不让其超过这个阈值。就是我们所说的GZK极限值！

当粒子能量高于这个极限值，在空间中就会和微波背景发射中的光子发生相互作用，并且产生一个中性π介子，一个中性π介子就会消耗135Mev的能量！知道粒子能量降低到允许的极限值。这个极限值意味着黑洞能量再怎么高，创造出来的质子速度为299792457.99999999999999999999918米/每秒。还是不能达到光速或超光速！

这时有人就想，那宇宙微波辐射有一天会不会随着宇宙的膨胀没有了？速度就可以超光速了？不是的，空间的膨胀只会让光子的能量更低，甚至膨胀到无限低，或者波长被拉到无线电波的不断，但永远不会让光子消失。这就是解释宇宙极限速度的一种方式，如果你想听相对论版本的，下面就是！但首先你要相信相对论是正确的。
相对论是怎么解释光速不能被超越的

宇宙的速度极限，我们通常称之为光速，是宇宙运行的基本原理。相对论说，当你走得越快，你在前进方向上的空间维度就缩小得越多，当你被外部观察者看到时，你的生物钟也会运行得越慢。换句话说，空间和时间并不是一个固定的背景，在这个背景上，所有的事情都以相同的方式发生。相反，时空可以被弯曲或扭曲。

如果你看爱因斯坦相对论的核心方程式，你会发现当你接近光速时，你前进方向的空间维度会缩小到零，而你的时钟会慢到停止。一个宽度为零，时间没有变化的参考系实际上是一个不存在的参考系。因此，这就告诉我们，没有任何东西可以比光速更快，原因很简单，间和时间实际上并不存在于这个点之外。因为“速度”的概念需要测量在一定时间内在空间中走过的距离，所以速度的概念甚至在物理上并不存在于光速度之外。事实上，“比光还快”这个短语在物理上是没有意义的。这就像是说“比黑还黑”。

你可能会说爱因斯坦的相对论是错的。但现在有如此多的证据都在支持相对论，如果它是错的，以光速不变原理构筑起来的相对论大厦早就垮了。
为什么说光速又可以被超越

前文开头我为什么又说可以超光速呢？其实关于关于“光速极限”这一原理，更准确的说法应该是:“在本地空间内，没有任何东西的速度能超过光速。”这意味着如果我们使用非局部尺度，我们确实可以获得比光速更快的有效速度。

例如，如果虫洞存在，你可以有一个从地球到北极星的捷径。与从地球到北极星而没有穿过虫洞的光相比，你的速度会更快。换句话说，你会先到达北极星。这样的超光速是允许的，因为你从来没有在局部空间超过光速。如果有一束光从地球发射到北极星，并和你一起穿过虫洞，你就不可能跑得过光。

再举一个例子，宇宙中有一些遥远的恒星，它们之间的碰撞速度比光速还快。这也是允许的，因为星系并不是本地速度。这些星系会人为自己相对于周围的空间根本就没有动，谈何超光速。

还有一个例子，我们经常会看到核反应堆发出幽幽的蓝光，这时切伦科夫辐射，光子在水中的速度受到了限制，而电子这时就超过了光速！

我们的宇宙是自然界的一部分，是一个相对独立的封闭体系。而且，宇宙是一个有机的系统，其中任何一个物体的运动都会受到量子空间（由不可再分的最小粒子构成的物理背景）的制约，即不存在绝对独立和自由的物体。

因此，每一个物体的外在能量都具有两种不同的存在形式。其一，是相对于自身的动能；其二，是相对于空间的势能。前者由物理参量速度来度量，后者由物理参量弛豫时间即频率的倒数进行度量。

当物体低速运动时，量子空间的影响很小，可以忽略不计。此时，物体的能量主要是其动能，由相对于空间的速度来描述，表现为自由运动，速度是可变的。

然而，当物体高速运动时，就会受到量子空间的限制。因为，速度越大，空间效应就越强。此时，物体能量的增加，由原来的动能，转变为相对于空间的势能。于是，描述能量变化的参量，也由原来的速度改变为描述与空间关系的弛豫时间。此时，物体表现为速度不变。

如果用人类 社会 比作量子空间，则低速运动，相当于个人的细微活动，并不受 社会 的制约。比如，几点吃饭，吃米饭 还是面条 ，可以全凭个人的意愿。而高速运动，则相当于个人的重大活动，会受到 社会 的制约。比如，开车出行，需要遵守交通法规；为人处事，需要遵守 社会 道德与法律。

光子也不例外，其同时具有动能和势能。只是，由于光子的质量非常小，以至于光子的动能远小于其势能，所以光子的能量变化主要是其相对于空间的势能，从而表现出光速的不变性。所以，光速只是光子维持其空间势能的速度。因而，光速相对于空间保持不变性。

反观作为封闭体系的物质，当其接近于光速时，空间效应的增强，不仅阻碍了物质的进一步增速，而且还会因空间压强的变大而使其封闭性降低，直至物质解体，还原为光子。

所以，物质之所以无法达到光速，主要有两个原因。其一，是存在量子空间，限制了速度的无限增大；其二，是作为封闭体系的物质，其强度小于量子空间的硬度，在其达到光速之前就解体为光子了。

一般以为，光速是宇宙中最大的速度，物体一旦超越光速就会发生很奇特的事情，但是，据目前的研究发现，光速可能并非速度中的极限，宇宙可能存在着更大的速度。

光速

光速常常被称为宇宙的速度极限，但并不是所有的事物都遵循这个规则，事实上空间本身就能够以比光速更快的速度扩大。回溯138亿年前宇宙大爆炸的那一瞬间，在不到一秒钟的时间内，宇宙以惊人的速度膨胀，目前我们的宇宙已经发展到不可估量的规模，我们可能永远无法观测到它的另一面。如果说光速是宇宙中的速度上限，那么光子将抵达宇宙的任何一个角落，可事实上我们观测遥远天体的光都来自过去，因此空间膨胀的速度比光子要快。

光速图片

宇宙在不断膨胀的过程中也出现了速度减缓的现象，我们可以通过观测遥远天体的星光来寻找证据。一颗数亿光年外恒星发出的光子在穿过宇宙空间时也会因为空间膨胀而失去能量，一旦光子抵达我们的望远镜，就可以通过红移公式计算出遥远天体与我们的距离。红移现象让我们观测到遥远的星系、恒星，因为它们存在于遥远的过去，但我们无法看到宇宙 历史 中的所有事件。