为什么在物理学中存在光速限制

古希腊神话中有一个叫阿喀琉斯的英雄，他擅长奔跑，不过，古希腊的哲学家却说，这个英雄连乌龟都追不上。哲学家的诡辩是这样的，说，当阿喀琉斯追乌龟追到一半的时候，乌龟自己也爬出去自己的节奏的一半，阿喀琉斯继续追出去距离的一半，乌龟又爬出去自己的一半，这么无限分割下去，最终阿喀琉斯无论跑得多快，都不可能追得上乌龟。

关于这个阿喀琉斯追乌龟的悖论，网上有一大堆跟微积分有关的分析，问题是……微积分可能也有问题，因为微积分认为空间是连续的，事实上呢？空间并不是连续的，而是离散的，这就是为什么量子力学叫量子，能量是一份一份的，并且有一个最小能量的值。跟能量的最小值对应的，空间也有一个尺度的最小值，称为“普朗克尺度”，我们可以把空间看作是按照普朗克尺度来排列的一个三维矩阵。

诶，这个时候，我们再来用量子力学的思维来考察一下追乌龟悖论，发现乌龟这下跑不了了，因为空间不能无限制分割，跑到一定的程度，乌龟的脚下只剩下一站路，就是一个普朗克尺度的距离，然后就被阿喀琉斯给追上了。

说完了这个有趣的故事，我们再来审视一下本期要讨论的重点，光子的飞行，不论是什么样的速度，你必须跨越普朗克尺度的距离，这是物理的底层规律，无法逾越的，正因为如此，所以我们把跨越普朗克尺度的时间，称之为“瞬间”。这个所谓的“瞬间”，对于任何物体都是一样的，无论是阿喀琉斯、乌龟，还是光子，都是一瞬间，在这个尺度上，宇宙中的任何物质都以同样的速度跨越。如果所有的运动跨越了普朗克尺度之后什么都不发生，而是全须全尾地赶往下一个普朗克尺度的节点，那么这个宇宙的速度上限就不是光速了，而是瞬间，所以，在最小节点的节点上，必定会发生一些什么。

光子是在真空中飞行，然而，真空并不空，最先发现这种情况的科学家是狄拉克，所以真空又被称为狄拉克之海，这里充满了各种各样的粒子和虚粒子，它们总是成对儿地出现，往往互相抵消了，以至于很难被观测到，所以总体来看真空还是空荡荡的。真空的能量涨落有具体的数值被称为“真空零点能”，真空零点能的理论值非常巨大，不过真实的天文观测值很小，只有每立方厘米2乘以10的-17次方焦耳。理论值的矛盾我们暂且放在一边，就这一点点能量，就足以影响速度了。

所有的能量都是有方向的，而正前方的能量跟入射光子的能量方向相同的概率，基本为零，所以，真空零点能的存在，绝大多数情况下，是影响光子的速度的，一旦光子遇到真空能，就会停顿一下，整个路线上的量子涨落的能量，就决定了光子前进的速度。

光子具体被扰动的方式，跟真空中偶然出现的电子有关，光子和电子的相互作用大家都知道，只要碰到电子，那就可能把光子吸收，而电子本身就从更低的能态跃迁到更高的能态，甚至没有碰到电子，光子也有可能从真空中提取出一个电子，因为根据狄拉克对真空的认识，整个宇宙都被电子填满了，只不过平时处于量子场的基态，只要有光子路过，就可能让电子从基态变成激发态，凭空产生出电子来。

光子的能量要非常高，才容易观察到从真空中提取电子的现象，不过，这个逆过程就比较容易观察，就是真空对电子运动轨迹的影响。大家知道，氢原子是非常简单的系统，氢原子核非常小，以至于整个氢原子中的电子就像在真空中漫游，对电子的能量进行检测，就会发现能量有时候大，有时候小，这种现象被物理学家证实了，被称为“兰姆位移”。

光子并不容易被真空吸收，不过，看不见并不等于它不存在，而这个看不见的能量，就是光子前进的阻力。这种阻力并不仅仅对光子起作用，其实，所有光速前进的东西，都受到真空阻力的作用，还有两样东西是：中微子和引力波。

光子在前进中受到量子涨落的电磁相互作用的阻碍，而中微子受到的是弱相互作用的阻碍，引力波则受到任何有质量粒子的阻碍，这三者的速度是一模一样的。天文学家已经观察到数以亿计光年之外的黑洞合并，引力波、伽马射线暴和中微子到达地球的时间是同时的，这么远，速度还是一样，这种不可思议的巧合，足以让科学家认定，宇宙间的所有四种相互作用都是统一的，而把它们联系在一起的，最显著的就是宇宙速度的上限——光速。

你可能听说过一句话，说有质量的物体不可能达到光速，这句话显然过时了，因为中微子就有质量，但因为中微子是中性的，可以轻松穿越一光年厚度的铅板而不发生任何变化，可惜中微子也不能为所欲为，真空涨落产生的弱相互作用，一样制约着中微子的速度，让它从“瞬间”坍缩成为光速。

任何有电荷的物质都不可能达到光速，这倒是真的，如果你想制造一艘光速飞船，唯一的办法就是用中子做材料，去中子星挖矿吧。

总结一下，光速上限是由真空的能量的基态所决定的，不管是光子、中微子还是引力波，穿过真空的时候都会情不自禁地被量子涨落阻碍，阻碍的细节其实就是质量和能量之间的转换，光子可以跟电子转换，中微子通过弱相互作用转换，引力波直接影响空间本身，不过，质能转换的效率在整个宇宙都是一样的，也就是说，把我们所说的三种相互作用的质能切分到最小的能量单位的效率是一样的，所以作为相互作用传递的三种媒介，拥有百分百相同的速度。至于宇宙中的第四种相互作用，因为传递的介质是胶子，本身拥有很大的质量，作用的距离只限于原子核尺度，所以考虑胶子的速度没什么意义。

最近耶鲁大学观察到量子跃迁之前会有征兆，表明量子跃迁是需要时间的，这个时间很短，但是仍然可以衡量，这意味着量子跃迁可以被预测，也有可能被阻止，这短暂的微小时间，也许就是三种光速媒介传播速度的奥义所在，在将来，科学家可能通过统一的质能转换效率来实现大统一理论，真希望爱因斯坦能看到这个节目，受到启发，然后凭借他老人家的本事实现大统一理论。

今天的烧脑知识就给大家介绍到这儿，猩猩打字机，偶尔也做做烧脑锻炼，希望没有把你的大脑烧坏，如果没烧坏，我们下期再见吧！

为什么人不能为所欲为呢？因为，一个人的行为会影响到他人的权益。人是 社会 动物，其行为举止必然会受到当地 社会 的法律与道德的约束。在自然界也是如此，一个有机的世界，不存在绝对独立和自由的物体。否则的话，现实的世界就成为一盘散沙了。

我们的宇宙是自然界的一部分，其是一个相对独立的封闭体系。因此，宇宙是由不可再分的最小粒子——量子构成的。普朗克常数h的存在也证明了量子的存在。因为，能量是关于粒子运动能力的度量，只有存在着最小粒子，才能够使能量具有不连续性，从而避免了紫外灾变的发生。

所以，在宇宙的内部有两种基本的存在形式，其一是离散的量子，属于能量的范畴；其二是由量子的运动所形成的封闭体系，属于物质的范畴。这就是为什么，能量与质量相对应的原因。而且，也正是因为两者共同的本质都是量子，只是它们的存在形式不同，所以能量与质量可以发生相互的转换。

于是，离散的量子构成宇宙的本底物理背景，即形成了量子空间；而作为封闭体系的物质就是基本粒子、原子和分子等，是我们认识的物理对象。因此，任何物体的运动都是相对于量子空间而言的，它们的行为受到了该空间的影响与束缚。

如果我们把量子比作人的话，那么量子空间就是人类 社会 ，基态量子为普通大众，受到激发的量子即光子就是 社会 精英，基本粒子相当于家庭，原子和分子是 社会 团体和各级组织，而宏观物质与天体则是国家和民族。

由于光子的本质是量子，其本征参量是量纲为粒子角动量的普朗克常数h；所以，光子的本征质量和半径都是大于零的，其是宇宙中唯一的实体粒子，是构成宇宙的基石。至于其他的粒子，在本质上是量子气球。它们是由量子聚集起来的耗散结构，反而并非实体。

于是，光子和其他物体一样，其运动会受到了量子空间的束缚，从而使光子的外在能量分为动能和势能。如果没有量子空间的存在，光子的能量全部以动能的形式存在，属于经典力学的情况，此时的光速最大。然而，由于量子空间的存在，该空间将光子的部分动能压缩为相对于量子空间的势能。这就好比是人群密集的闹市，降低了我们行走的速度。

所以，光速的大小，受到了量子空间的限制。光速并不是一个神秘的自然常数，其只是一个与量子空间密度相关的普通物理参量。在宇宙膨胀之初，量子空间的密度极大，从而使光速受到了极限地压缩，其近似于零。后来，随着宇宙的膨胀，量子空间的密度逐渐降低，才逐步释放了光子的动能，使光速得到了不断地增大。

因此，目前的光速c，其具体的数值是与当前量子空间的密度相对应的。如果宇宙进一步地膨胀，则量子空间会继续降低其密度，从而逐渐地解除对光速的限制，使光速得到不断地提高。

总之，如果我们从二维的观点看问题，考虑到存在着作为物理背景的量子空间；那么，光子的行为受到约束，从而使其运动速度受到限制，就只是一个普通的物理事件，并不存在任何诡异的玄机。推而广之，这种二维的观点，不正是我们在日常的生活、学习与工作中所应该持有的吗？！

是谁说的宇宙要限制光速，那么请问，太阳和月亮，发出的光是不是光速，如果是光速，太阳光8分多钟就到地球了，月亮离地球近点1秒多光就到地球了，看来宇宙还没有限制光速，如果真的被宇宙空间限制了光速，那么太阳光和月亮光是如何那么快就照到地球的呢，难道是宇宙特批的，还是开后门来的，这个问题还真的要考虑考虑。

宇宙空间达到光速的物质一直就很多，比如说奥陌陌贵宾，来到太阳系转了几圈觉得没意思就想离开，如果没有超光速的本事还真离不开太阳系呢，还有一些跑偏了轨道的小行星之类的等，它们跑起来的速度甚至超过光速，不过都被木星挡住了，否则撞到地球就麻烦了，还有像天上的小流星，在空间一闪就没见了，如果说宇宙真要限制光速，那也是限制地球人类和外星人的，为什么呢，因为地球人类这么长时间了，到目前为止还没有设计出达到光速的设备来，连能源和材料在地球上还没找到，即使找到了也不够，估计，地球上没有这些能源和材料呢，也可以说地球本来就不具备这方面的物质，所以人类再努力也造不出能达到光速或接近光速的产品了，这也就意为着宇宙限制了光速，那么外星人也没有达到光速的设备吗？估计也还没有，因为也被宇宙限制了光速，否则，不早就主动来找地球人了。

可是宇宙为何要限制光速呢，难道真的有什么森林法则或别的什么规定和目的，或者光速能破坏宇宙真空，是不允许星系与星系之间的往来，还是不允许各星球上的生物包括人类等互相来往，这似乎不像宇宙的口味和风格，可以说宇宙空间已经达到了顶级文明，没有什么秘密可严，应该是公开的，而且宇宙空间内物质丰富，特别是地球，人类肯定能研究造出达光速的办法来，而且生产设备的能源及材料也肯定有，只是暂时人类还未发现而已，总之，谁先有了超光速的设施，谁就有本事能把宇宙研究透，那谁就是宇宙之主了，这其中的“谁”，除了太阳系的地球人类，也包括外星人，就看最后谁有本事了，反正笑到最后的才是赢家。

为何宇宙要限制光速呢

之所以把宇宙中最快的速度限制在光速，是因为人类还无法到达或者接近这个速度。

目前人类的科学水平还是存在瓶颈的，我们只能在理论的角度来解释这个疑问。众所周知，爱因斯坦创造出非的质能方程，就是E=MC，公式由三个物理量构成，m代表物体的质量，c代表光速，e代表转化成的能量大小。通过这个方程式就不难知道，物体蕴含的能量和物体本身的质量之间是存在一定关系的，光速是一个及其特殊的常数，通俗来讲的话就是物体中的能量越大，其质量也就大。

“光”具有波粒二象性这种特点，存在于世间万物中。光不仅是粒子构，光也是“光波”。对于“光”这种物质，科学家有着相关的研究，但是无法给出一个完善准确的答案。随着科技的发展，物理学更加完善。“光子”是怎么来的？以及光子是什么时候出现的，，要想这些问题，可以从 “宇宙大爆炸”这场事件中获取有用的信息。

在距今离我们非常遥远的138亿年，就是宇宙之前的物质是从一个奇点的物质爆炸产生的。在这个奇点爆炸之后的一段时间里，在爆炸之后形成了我们现在所看到的宇宙和物质。在宇宙形成的早期，宇宙都处于高温的状态之中。他以迅雷不及掩耳之势的速度发展，留下了称为是“辉光”的物质，这种说法不是凭空捏造。大爆炸理论表现出，在科学界称为是辉光的某种物质是以微波的方式存在，处于可观察。不出意外，科学家用科学手段验证了理论的准确性，对于大爆炸理论是有力的。

所以，通过相关的数据和例子证实了我们可以知道光子飞行的能量哪来的？怎么能到达地球的有关解释。

古希腊传奇中有一个喊阿喀琉斯的豪杰，他长于奔走，不过，古希腊的形而上学家却说，这个豪杰连黑龟都追不上。形而上学家的狡辩是如许的，说，当阿喀琉斯追黑龟追到一半的时间，黑龟本人也爬出去本人的节拍的一半，阿喀琉斯持续追出去隔绝的一半，黑龟又爬出去本人的一半，如许无限分隔下去，最后阿喀琉斯不管跑得多快，都不大概追得上黑龟。闭于这个阿喀琉斯追黑龟的悖论，网上有一大堆跟微积分有闭的分解，问题是……微积分大概也有问题，由于微积分以为空间是陆续的，究竟上呢？

空间并不是陆续的，而是失散的，这便是为什么量子力学喊量子，能量是一份一份的，而且有一个最小能量的值。跟能量的最小值闭于应的，空间也有一个标准的最小值，称为“普朗克标准”，咱们不妨把空间瞅作是依照普朗克标准来陈设的一个三维矩阵。诶，这个时间，咱们再来用量子力学的思想来参瞅一下追黑龟悖论，创造黑龟这下跑不清楚，由于空间不能无节制分隔，跑到必定的水平，黑龟的脚下只剩下一站路，便是一个普朗克标准的隔绝，而后便被阿喀琉斯给追上了。

说结束这个风趣的小说，咱们再来审阅一下本期要计划的沉心，光子的遨游，不论是什么样的速度，你必需超过普朗克标准的隔绝，这是物理的下层顺序，无法胜过的，正由于如许，所以咱们把超过普朗克标准的时间，称之为“刹时”。这个所谓的“刹时”，闭于于所有物体都是一般的，不管是阿喀琉斯、黑龟，仍旧光子，都是一刹那，在这个标准上，世界中的所有物资都以共样的速度超过。假如一切的疏通超过了普朗克标准之后什么都不爆发，而是全须全尾地赶往下一个普朗克标准的节点，那么这个世界的速度上限便不是光速了，而是刹时，所以，在最末节点的节点上，必然会爆发一些什么。

光子是在真空中遨游，然而，真空并不空，开始创造这种状况的科学家是狄拉克，所以真空又被称为狄拉克之海，此地布满了百般百般的粒子和虚粒子，它们经常成闭于儿地涌现，常常彼此对消了，以致于很难被瞅测到，所以总体来瞅真空仍旧空荡荡的。真空的能量涨降有简直的数值被称为“真空零点能”，真空零点能的表面值十分伟大，不过实在的天文瞅测值很小，惟有每立方厘米2趁以10的-17次方焦耳。表面值的冲突咱们姑且搁在一面，便这一点点能量，便脚以效率速度了。

一切的能量都是有目标的，而正前线的能量跟入射光子的能量目标相通的概率，基本为零，所以，真空零点能的存留，绝大普遍状况下，是效率光子的速度的，一朝光子遇到真空能，便会停留一下，所有讲路上的量子涨降的能量，便决断了光子进步的速度。光子简直被扰动的办法，跟真空中偶尔涌现的电子有闭，光子和电子的彼此效率大师都了解，只消遇到电子，那便大概把光子接收，而电子自身便从更矮的能态跃迁到更高的能态，以至不遇到电子，光子也有大概从真空中提取出一个电子，由于依据狄拉克闭于真空的熟悉。

所有世界都被电子填满了，只不过通常处于量子场的基态，只消有光子途经，便大概让电子从基态形成激励态，捏造爆发出电子来。光子的能量要十分高，才轻易参瞅到从真空中提取电子的局面，不过，这个逆历程便比拟轻易参瞅，便是真空闭于电子疏通轨迹的效率。大师了解，氢本子是十分简略的体系，氢本子核十分小，以致于所有氢本子中的电子便像在真空中周游，闭于电子的能量举行检测，便会创造能量有时间大，有时间小，这种局面被物理学家证据了，被称为“兰姆位移”。

光子并不轻易被真空接收，不过，瞅不睹并不即是它不存留，而这个瞅不睹的能量，便是光子进步的阻力。这种阻力并不只是闭于光子起效率，本来，一切光速进步的物品，都遭到真空阻力的效率，还有二样物品是：中微子和引力波。光子在进步中遭到量子涨降的电磁彼此效率的阻拦，而中微子遭到的是弱彼此效率的阻拦，引力波则遭到所有有品质粒子的阻拦，这三者的速度是一模一般的。天文学家曾经参瞅到数以亿计光年除外的黑洞兼并，引力波、伽马射线暴和中微子达到地球的时间是共时的，如许远，速度仍旧一般，这种不可思议的偶然，脚以让科学家认定，世界间的一切四种彼此效率都是一致的，而把它们通联在所有的，最明显的便是世界速度的上限——光速。

你大概传闻过一句话，说有品质的物体不大概达到光速，这句话明显降伍了，由于中微子便有品质，然而由于中微子是中性的，不妨轻快穿梭一光年厚度的铅板而不爆发所有变革，痛惜中微子也不能为所欲为，真空涨降爆发的弱彼此效率，一般约束着中微子的速度，让它从“刹时”坍缩成为光速。所有有电荷的物资都不大概达到光速，这倒是果然，假如你想制作一艘光速飞船，独一的措施便是用中子干资料，去中子星掘矿吧。

归纳一下，光速上限是由真空的能量的基态所决断的，不论是光子、中微子仍旧引力波，穿过真空的时间城市不由自主地被量子涨降阻拦，阻拦的细节本来便是品质和能量之间的变换，光子不妨跟电子变换，中微子经过弱彼此效率变换，引力波直交效率空间自身，不过，质能变换的效用在所有世界都是一般的，也便是说，把咱们所说的三种彼此效率的质能切分到最小的能量单元的效用是一般的，所以动作彼此效率传播的三种媒体，具有百分百相通的速度。

至于世界中的第四种彼此效率，由于传播的介质是胶子，自身具有很大的品质，效率的隔绝只限于本子核标准，所以斟酌胶子的速度没什么意思。耶鲁大学参瞅到量子跃迁之前会有征候，标明量子跃迁是须要时间的，这个时间很短，然而是依然不妨权衡，这表示着量子跃迁不妨被猜测，也有大概被遏止，这短促的微弱时间，大概便是三种光速媒体传布速度的奥义地方，在未来，科学家大概经过一致的质能变换效用来实行大一致表面，真期望爱因斯坦能瞅到这个节目，遭到开辟，而后依据他老翁家的本领实行大一致表面。

为什么人不能为所欲为呢？因为，一个人的行为会影响到他人的权益。人是社会动物，其行为举止必然会受到当地社会的法律与道德的约束。在自然界也是如此，一个有机的世界，不存在绝对独立和自由的物体。否则的话，现实的世界就成为一盘散沙了。

我们的宇宙是自然界的一部分，其是一个相对独立的封闭体系。因此，宇宙是由不可再分的最小粒子——量子构成的。普朗克常数h的存在也证明了量子的存在。因为，能量是关于粒子运动能力的度量，只有存在着最小粒子，才能够使能量具有不连续性，从而避免了紫外灾变的发生。

所以，在宇宙的内部有两种基本的存在形式，其一是离散的量子，属于能量的范畴；其二是由量子的运动所形成的封闭体系，属于物质的范畴。这就是为什么，能量与质量相对应的原因。而且，也正是因为两者共同的本质都是量子，只是它们的存在形式不同，所以能量与质量可以发生相互的转换。

于是，离散的量子构成宇宙的本底物理背景，即形成了量子空间；而作为封闭体系的物质就是基本粒子、原子和分子等，是我们认识的物理对象。因此，任何物体的运动都是相对于量子空间而言的，它们的行为受到了该空间的影响与束缚。

如果我们把量子比作人的话，那么量子空间就是人类社会，基态量子为普通大众，受到激发的量子即光子就是社会精英，基本粒子相当于家庭，原子和分子是社会团体和各级组织，而宏观物质与天体则是国家和民族。

由于光子的本质是量子，其本征参量是量纲为粒子角动量的普朗克常数h；所以，光子的本征质量和半径都是大于零的，其是宇宙中唯一的实体粒子，是构成宇宙的基石。至于其他的粒子，在本质上是量子气球。它们是由量子聚集起来的耗散结构，反而并非实体。

于是，光子和其他物体一样，其运动会受到了量子空间的束缚，从而使光子的外在能量分为动能和势能。如果没有量子空间的存在，光子的能量全部以动能的形式存在，属于经典力学的情况，此时的光速最大。然而，由于量子空间的存在，该空间将光子的部分动能压缩为相对于量子空间的势能。这就好比是人群密集的闹市，降低了我们行走的速度。

所以，光速的大小，受到了量子空间的限制。光速并不是一个神秘的自然常数，其只是一个与量子空间密度相关的普通物理参量。在宇宙膨胀之初，量子空间的密度极大，从而使光速受到了极限地压缩，其近似于零。后来，随着宇宙的膨胀，量子空间的密度逐渐降低，才逐步释放了光子的动能，使光速得到了不断地增大。

因此，目前的光速c，其具体的数值是与当前量子空间的密度相对应的。如果宇宙进一步地膨胀，则量子空间会继续降低其密度，从而逐渐地解除对光速的限制，使光速得到不断地提高。

总之，如果我们从二维的观点看问题，考虑到存在着作为物理背景的量子空间；那么，光子的行为受到约束，从而使其运动速度受到限制，就只是一个普通的物理事件，并不存在任何诡异的玄机。推而广之，这种二维的观点，不正是我们在日常的生活、学习与工作中所应该持有的吗？！