为什么不能超过光速
1905年爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。在这个全新的理论中，宇宙中的一切物体的运动速度被规定都不能超过光速。这个和过去的物理学格格不入，甚至有些蛮横的规定到底是怎么出现的呢？以及为什么物理学家对超光速就那么讳莫如深呢？
一. 光速不变的历史背景
其实早在19世纪末的时候，物理学家就已经察觉到一些光速的不寻常了。光速的异常第一次出现在电磁波里面。当时英国物理学家麦克斯韦刚刚提出著名的麦克斯韦方程组，统一了电磁学。人们很快发现，根据麦克斯韦方程组的预言，光速在任何参考系中似乎都应该是一个常数和光源，和观察者的速度都无关。这句话的意思是说，我手拿一只电筒，我看到电筒放出的光以光速往前运动。这很自然。不过如果我坐上一个0.5倍光速向前运动的火箭，我看到电筒的光还是以光速向前运动，而且没有上火箭、静止着站在地面的其他观察者看到的光也是以光速向前运动，这就实在是太奇怪了。
二. 实验与两大基本假设
在电磁学理论刚出来的时候，物理学家们对光速不变这样的推论其实是拒绝的。这太违反直觉了，一定是电磁学理论在什么地方出了问题。然而经过了很长时间的摸索和修改，光速不变的这朵乌云不但没有从物理学的理论框架中消失，反而变得越来越强烈和明显，想忽略都不行。
在1887年，两位实验物理学家，迈克尔逊和莫雷尝试通过迈克尔逊干涉仪来测出光速相对于地球公转速度的变化。
然而实验事实却以很高的精度告诉他们，尽管地球的公转速度一直在不断改变，但在地球上测到的光速却是时时刻刻都是一样的。这就意味着光速真的跟地球参考系的公转速度没有任何关系。
图一： 迈克尔逊莫雷实验原理图
迈克尔逊-莫雷实验非常强有力地表明了光速就是自然界里的一个非常特殊的速度，好吧，既然实验没有办法否定它，人们只好学习如何去理解并接受这一事实。到了1905年，瑞士专利局的一个年轻人，阿尔伯特·爱因斯坦决定正式承认光速不变这个事实，并将光速不变作为一个基本假设放入它的新理论中。这个新理论就是后来大名鼎鼎的狭义相对论。
狭义相对论建立在两大基本假设之上，其中一个是相对性原理，即要求物理定律不依赖于任何具体的惯性参考系。所以的惯性参考系均是平权的。第二个假设就是光速不变。但非常奇妙的是，人们发现这两个看似简单的基本假设要同时满足的话，必须付出非常巨大的代价。因为这两个假设在牛顿的绝对时空下是互相矛盾的。所以如果它们两者都对的话，就一定意味着时间和空间不再是以前那种绝对的物理对象了。我们必须建立全新的时空。
三. 光速不变带来的时空观
如果我们用一种叫做洛伦兹变换的数学工具来代替牛顿时期的伽利略变换。那么爱因斯坦提出的两大基本假设就可以同时得到满足。
图二：惯性参考系的洛伦兹变换
但代价是，在不同的惯性参考系中长度不再是不变的了。时间的流逝速度也不再是一样的了。甚至在不同的地方，时间的先后顺序都不一样了。在一个参考系中A事件在B事件之后发生。换一个参考系，A事件就有可能在B事件之前发生。也就是说，未来会变成过去，过去会变成未来！
四. 如果超过光速会发生什么？
未来跟过去居然也是相对的。那这样依赖于时间顺序的因果律不是就完全乱套了吗？不过还好。如果我们观察得更细致一些，我们就会发现时间顺序的颠倒并不是一个普适情况，要发生过去和未来的颠倒需要满足一些前提条件。这个条件就是：如果两个观测者看两个事件A,B的发生先后顺序要颠倒的话，则要求这两个事件在时空上的间隔是一个类空间隔才行。
什么叫类空间隔呢？
?图三：时空图
我们如果用时空图来表示我们这个世界，水平方向是我们的空间坐标，竖直方向是我们的时间坐标。那么光线运动的轨迹就一定处于一个45度倾角的圆锥中，这个时空图上的圆锥就叫做光锥。它把我们的时空分成了三部分，分别是：处在光锥内部的，叫做（关于原点的）类时间隔。处在光锥之上的，叫做（关于原点的）类光间隔，和处在光锥之外的，叫做（关于原点的）类空间隔。
类空间隔的一个特性我们刚刚说了：两个事件的时间先后顺序想要颠倒的，这两个事件必须处于类空间隔上。
类空间隔另一个的特性是:如果想从原点到达类空间隔的任何位置，那么运动速度必须要超过光速才行。
两个特性一结合我们就会发现：任何能量，物理和信息都不能超光速传播！为什么呢？因为如果有任何一种信息可以超过光速，那么它就可以从事件A到达事件A的类空区域上的一个事件B。而类空间隔的两个事件AB不具有绝对的过去和未来。这就使得从A,B既可以是对方的过去，又可以是对方的未来。而如果A，B之间还有超光速的信息往来。那么这就意味着我们可以从未来发送一些信息来影响过去了! 这样世界的因果律会瞬间土崩瓦解。
而这正是物理学家们如此固执地坚持任何信息一定不能超过光速传播的原因。
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质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程式E=mC²,式中E为能量,m为质量,C为光速；也就是说,一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量.由此可以解释为什么物体的运动速度不可能超过光速.
一个静止的物体,其全部的能量都包含在静止的质量中.一旦运动,就要产生动能.由于质量和能量等价,运动中所具有的能量应加到质量上,也就是说,运动的物体的质量会增加.当物体的运动速度远低于光速时,增加的质量微乎其微,如速度达到光速的0.1时,质量只增加0.5％.但随着速度接近光速,其增加的质量就显著了.如速度达到光速的0.9时,其质量增加了一倍多.这时,物体继续加速就需要更多的能量.当速度趋近光速时,质量随着速度的增加而直线上升,速度无限接近光速时,质量趋向于无限大,需要无限多的能量.因此,任何物体的运动速度不可能达到光速,只有质量为零的粒子才可以以光速运动,如光子.
首先认为物体的速度不能超过光速这个说法就是值得推敲的一个问题.个人认为准确的表达应该是目前已知的物体中,其速度不能超过光速.因为光是我们能看到物体的前提基础,不管光从物体上反射,发出,然后到达我们的肉眼或已知的检测仪器,我们才能发现物体.光是我们目前已知的速度最快的物质,也是我们能看到在光速范围内运行的物体的基础.所以得到了就目前已知的各种物体中,其速度绝对不可能超过光速,因为一旦超过我们就“看不到”他们了.
其次,我们假设真的有一种求知的物体的速度能超过光速,也就是说此时的光不可能照到该物体上.因为光速不够大,所以就看不到该物体了.所以就是真的这么一种物体的话,就是因为所有探测手段的前提就是都是以光速是极限速度的,从而让人类无法捕捉到他.按照目前的逻辑推理来说,得到的结论就是：探测不到即为不存在.但这种推理方式还是有缺陷的.举个例子来说,都以肉眼观测来说,一个正常行走的人和一辆飞驰而过的汽车相比,我们可以很正常的看到行走着的人的一些细节而不能描述出汽车的一些特征,我们再将汽车的速度极限化,就算不超过光速,只要是超过人眼可以捕捉动态图像的极限能力后,人类也就不可能 看到那辆汽车了,难道就能因此而断定汽车没有从眼前驰过吗?如果是这样的话,我们得出的一个结论是：假设一个物体真的存在,但是因为没有被我们使用目前所已知的各种检测手段发现就认为是不存在的,那是严重错误的“检测不到,并不等于不存在“.而这时更为真实的一个提法应该是”不可知,而不是绝对的不存在.”
在第一章的第一节中已经提到，根据狭义相对论的速度变换公式，运动速度低于光速的物质粒子不可能通过加速或速度变换而达到超光速。又根据狭义相对论质量变换公式：
其中：m0、m分别为粒子在静止时及以速度v运动时的质量，c为光速。当粒子速度v→c时，其质量m→∞，因而爱因斯坦曾经断言，大于光速的速度是不存在的,光速成为粒子的速度极限。但后来人们通过进一步的理论分析认为，狭义相对论只说明原来运动速度小于或等于光速的物质粒子不可能通过加速或速度变换而达到超光速，狭义相对论却不能排除自然界中本来就存在超光速粒子。这种速度本来就大于光速的物质粒子同速度本来就低于光速的物质粒子相类似，其速度也不能通过减速或速度变换而低于光速，光速仍然是一种特征速度。人们把这种速度始终都超过光速的粒子称为快子。
在人们确立了自然界应该存在快子的信念以后，便开始了检验快子是否存在的一系列实验，并企图在宇宙射线中找到快子的踪迹，但始终没有成功。为什么理论上存在快子但又探测不到快子呢?笔者认为这是由于人们还没有正确地认识快子所造成的。
人们仍然按照狭义相对论质量变换公式来分析快子,因快子速度v>c，因而m为虚数。为使快子的质量m为实数，便硬性规定快子的静止质量m0为虚数。这种分析显然是不正确的。快子是自然界中速度本来就大于光速的粒子，它不存在静止状态，故无从谈起静止质量，它也不存在从静止状态到超光速v的变换，所以上式对快子没有意义。
（二）、快子的质量特性
要正确地分析研究快子，就必须另想办法。20世纪60年代以来发展起来的孤立子理论为研究快子开辟了新途径。
由第一章第四节所介绍的孤立子理论可知，孤立子和物质粒子具有相似的性质，并且孤立子已经获得了快子解。因而我们可以借助于孤立子的快子解来研究自然界中的物质粒子—快子。
根据相对论性的主手征场方程的孤立子解（参见前苏联B．E扎哈罗夫等著的《孤子理论》，第236、237页），孤立子的运动速度为：
(1)
质量为：
(2)
式中，。
当(a1-a2)(b1-b2)>0时,｜v｜<1、M2>0，孤立子为普通孤立子（因采用自然单位，光速c＝1），孤立子的速度v小于光速c，质量M为实数；当(a1-a2)(b1-b2)<0时,｜v｜>1、M2<0，孤立子的速度v大于光速c，孤立子为快子，质量M为虚数。
普通孤立子速度小于光速、质量为实数，与普通物质粒子速度小于光速、质量为实数相对应。而孤立子中的快子速度大于光速、质量为虚数表明，如果自然界中存在快子，则快子的质量亦必然为虚数。相应地，快子的动量及能量也应为虚数。
关于为什么普通实物粒子的质量、能量为实数，快子的质量、能量为虚数的问题，以及它们的更进一步的物理意义，将在第五章“物质的本质”中详细探讨。
快子的质量、能量为虚数，决定了快子会具有很多与质量、能量为实数的普通物质粒子所不同的奇异特性。
（三）、快子与普通实物粒子之间的相互作用
现在分析一质量为M1=m1、速度为v1的普通实物粒子（简称为实子）与一质量为M2=im2、速度为v2的快子发生对撞的情形。
假设碰撞后实子及快子的质量及速度分别变为m1/、v1/.及im2/、m2/、.根据动量守恒定律有：
因等式两侧为复数，故要使等式成立，等式两侧的实数部分与虚数部分须分别相等。即：
；
因对于某一特定的物质粒子，该粒子的质量仅由其速度决定，从而有：
，；，
根据能量守恒定律，，也可得出上式。
这表明实子与快子碰撞前后没有发生任何变化，亦即实子与快子不能发生相互作用，包括电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用等。
下面我们应用牛顿万有引力定律来定性分析引力作用的情形。
两实子间的万有引力为：
实
两快子间的万有引力：
f快
f快与f实符号相反，因而它表现为斥力，从而快子周围的“引力场”是斥力场。
实子m与快子im间的万有引力为：
这个力是虚数，说明万有引力定律有一定的局限性。
根据广义相对论，自由粒子在引力场中的运动由引力场的短程线方程确定，该方程与在引力场中运动的粒子无关。故无论粒子是实子还是快子，它们在同一引力场中的短程线都是一样的，而短程线反映了粒子所受引力的情况。所以粒子在引力场中所受的“引力”与该粒子是实子或快子无关。即实子对快子的万有引力仍表现为引力，快子对实子的万有引力也仍表现为斥力。
比起整个宇宙，人类的数量就好比大洋里的一滴水那么不起眼，但人类却被一样不可跨越的东西束缚住了手脚，那就是光速，那光速为什么被限制呢？一旦超光速，时间真的会倒流吗？人类不要说走出可观测宇宙，
答：1.因为根据爱因斯坦导出的公式:M=m/根号下1-v^2/c^2,其中M为物体的动质量,m为静止质量.物体若速度v接近光速,则那个公式的分母便趋于零,则动质量趋于无穷大,那么物体就要用无穷大的能量去转化为质量达到光速,继而推出不可能的情况.2.光速对于静止质量大于零的物质是上限,但对于静止质量等于零的物质...
答：首先说明一点，光速不能超越是指有质量的物质不能超越，无质量的能量可以超越。其次，你说的相对速度值是没有意义的，每当我们说光速不可超越的时候都是指物体速度和光速的相对速度，而不是和其他物体的相对速度。因为在空间中只有光速是绝对的。或者可以这样理解，咱们所在系统就在以光速运行。现在还有理...
答：所以，通过狭义相对论和质能等价，我们可以得出，凡是静止质量不为0的物体，都无法达到光速，在宇宙中，只有光子和胶子是静止质量为0，理论上只有它们可以达到光速。不过，这些其实是针对于物质、信息和能量而言。超光速现象 在宇宙中其实不光有物质、信息和能量，还存在着一些可以超光速的现象。最常见的就...
答：而当物体的速度超过了光速，根号里面的值就变成了复数，分母中的结果会产生虚数，而实际中，虚数的存在是没有实际意义的，因此不允许物体超过光速。那为什么光可以达到光速呢？光具有波粒二象性，从波的角度来看，光子具有两种可能的偏振态和三个正交的波矢分量，决定了它的波长和传播方向；而从粒子的角度...
答：当速度趋近光速时，质量随着速度的增加而直线上升，速度无限接近光速时，质量趋向于无限大，需要无限多的能量。因此，任何物体的运动速度不可能达到光速，只有质量为零的粒子才可以以光速运动，如因科学研究虚构的“光子”、“引力子”这个名称。但现实生活中尚未发现这种物质。希望你能明白一些···...
答：光速不可超越因为有质量的物质都不可能达到光的速度。光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。物体的质量还跟它运动的速度有关（前提是物体的速度要相当大，能跟光速能比较，比如说光速的1/4），物体的质量将随着速度的增大而增大，当物体...
答：根据爱因斯坦的狭义相对论,物体的运动速度是不能超过光速的 根据E=Mc^2,物体的质量与能量有着密切的关系.当物体运动时,随着物体速度的增加,他的质量会变大.当物体的速度接近光速时,物体的质量会变的极大,需要无限大的能量来使他加速 但这两年来,许多观测证明光速是可以被突破的.除了楼上所举的例子...
答：首先认为物体的速度不能超过光速这个说法就是值得推敲的一个问题.个人认为准确的表达应该是目前已知的物体中,其速度不能超过光速.因为光是我们能看到物体的前提基础,不管光从物体上反射,发出,然后到达我们的肉眼或已知的检测仪器,我们才能发现物体.光是我们目前已知的速度最快的物质,也是我们能看到在光速...
答：当火车的速度大于光的速度时，光照射车外人站立这个动作的反射光就比火车跑得慢，既然比火车跑得慢，那这光当然就到达不了车上人的眼睛，换句话说，车上的人就看不到车外人站立的这个动作，更看不到车外人摔倒这动作，因为这两个动作的光还在车后面，车上的人只能看到到达眼睛里的光，那么到达车上...
答：光速在理论上能够被达到，但是根据爱因斯坦提出的公式，物体一旦达到光速其质量就会无穷大，而无穷大这一概念在现实中是不可能存在的。因此现实中光速是无法达到的。光之所以能够以光速运动，是因为光在一开始就是以光速运动，而不是加速至光速的。
