光速爲什麼是最快的?

滑稽小隊大隊長

其實這個問題是沒有最終定論的。因為按照現代物理學的觀點,光速(嚴格說是真空光速)是可以被超越的。在一些物理學專著裡面,對速度大於真空光速的情況是留有餘地的。比如說,溫伯格所著的《量子場論》一書就給明確說明了可能存在一類特殊粒子,它們的質量是純虛數(虛數在高中數學裡會介紹,一個純虛數的平方等於一個負實數),速度大於真空光速。但是這類粒子到現在為止都沒有找到。因此,我們只能說,就目前來看,真空光速是所謂的“最快的”速度。

我們以真空光速為界限,將速度化為三類:亞光速、超光速、光速。用幾何語言又分別冠以新的名稱:類時、類空、類光。要先明確的是,世界很大,人類所能掌握的知識是有限的,我們目前不能通過實驗手段徹底否定“超光速粒子的存在”。但是如果我們堅信因果律不會被打破,堅持認為這個世界就不允許我們進行時間旅行,那麼光速就不能被超越。這就是相對論的基本觀點。【注意,“因果律”和”運動速度”只在相對論裡被聯繫到一起,而在非相對論理論裡面沒有關係。】

但是,有一個理論卻不這樣認為,它叫量子力學。量子力學認為,速度的大小不是確定的,而是有起伏的,在一些情況下速度可以飆升到遠超過光速的速度值!量子力學和相對論在光速問題上是持截然相反的觀點。量子力學對相對論的衝擊可以說是十分強烈的。物理學家為了調和二者,可謂是費盡心機(光就是既有相對論效應有具有強烈量子效應的物理客體)。但是就目前來看,即便是比較好的理論(前面提到的量子場論)也不能徹底排除超光速。

說到這,可以下結論了:只要實驗一天沒有找到超光速粒子,那麼我們就能認為光速是速度的極限,只要找到了超光速粒子,那麼就能否定該結論。

【考慮題主自己的情況,這裡對前面提到的一些物理名詞做一些解釋;

  • “速度”是有方向的,因此不能說速度等於某一個實數,只能說速度大小是什麼什麼實數,這裡不考慮嚴格性,故將“速度大小”和“速度”混用;

  • 幾何語言指的是微分幾何語言,它是現代相對論物理學的基礎語言;

  • 我用到了一個詞語“起伏”,這個詞語一些文獻上也叫“漲落”,熱力學和量子力學都存在漲落現象,物理學分別稱為“熱漲落”“量子漲落”;

  • 量子力學是描述尺度小於一微米(一米的一百萬分之一)的粒子其運動規律的物理理論,而相對論則是描述當運動速度接近真空光速或者處於引力加速度十分大的天體附近的物體運動規律的物理理論,量子力學和相對論是水火不相容的理論,目前來說能做到將二者部分調和起來的是量子場論;

  • 量子場論是將粒子看做場的一種物理理論,它取消了經典物理學裡面物質和場的差異,將二者統一成場,所有物質在高能態下表現為場的形式。在場的觀點下,狹義相對論和量子力學自動融合,而且能給出被實驗精確驗證的計算結果。但是廣義相對論還不能和量子力學融合。】


科學聯盟

初中生,提這樣的問題很好,你是個愛思考孩子。我簡單的解答一下:

你的問題換種提法就是:光速為什麼無法超越?有兩個知識點你要先理解:

一、光又叫電磁波,是以能量的形式存在,沒有質量。光速是電磁波的內在屬性,電磁波生來就是以光速傳播,不是從零開始加速到光速的,光速的精確值為299792458米/秒。

二、物質的質量不是一成不變的,包括靜止質量和動質量兩種。我們一般生活中指的是物質的靜止質量,當物體加速運動的時候,其質量會增大,即為動質量。

現在說重點:我們要推動某個物體加速,就要付出能量,物體速度提高了以後導致其質量增大,結果,推動質量更大的物體繼續加速就需要付出更多的能量。質量隨速度加快而增大的效應在日常情況下並不明顯,但在速度接近光速的情況下會急劇放大,事實上,當物體速度非常非常接近光速的情況下,比如達到光速的99.99999%情況下,物體的動質量會趨向於無限大,推動質量無限大的物體繼續加速必然需要無限大的能量才行!顯然,世界上不可能有無限大的能量。

結果,就是有質量的物體無論如何,運動速度只能在光速以內,只有無靜止質量的電磁波才會以光速運動。明白了嗎?

愛因斯坦的質能方程E=mc^2就很好的說明了這個效應。當然,這只是說明有質量的東西運動速度受到光速的限制,並不代表宇宙中沒有超光速現象,相對於地球150億光年距離以外的宇宙空間的膨脹速度就是超光速在遠離我們而去的。也許,以後物理科學會發現突破光速的方法,誰知道呢?

希望能幫到你。



人擇原理

我先糾正提問者的問題,光不是宇宙中最快的物質,比光子運動快的物質很多,理論上,快子就比光子快很多。

目前人類通過實驗證明,中微子運動也超過光速。歐洲核子研究中心(CERN)在2011年9月23日發現:被送往732公里之外Gran Sasso實驗室的中微子們比光速快了60納秒到達。用數字來表示,就是光速299,792,458m/s,而中微子在實驗中檢測到中微子速度是299,799,953m/s。打破了愛因斯坦理論之一,就是“光速無法超越”。

我們往往把光速和時間關聯在一起,他們之間到底有沒有關係呢?其實是有的,因為有了空間,才有了時間。有空間就有了距離,光的運動也是在空間的距離內運行。當沒有質量的光之在這個空間運行時,就好比是光子在無限的膨脹,和宇宙的膨脹一樣,時間也隨之膨脹,我們就感覺到時間被拉長,所以變慢。無論速度多塊,時間也只會隨速度而減慢,但不會停止或倒流。

由於時間關係,我先寫到這裡,抽空我會寫一篇相關的文章,詳細介紹時間,空間的關係。希望你們到時點評。


仁澤至簡

光速只是現在已經驗證最快的速度,人類是否以後能驗證比光速更快的速度,我不知道,等驗證了再說。

看見上面有人說有比光速更快的速度,那不是科學,只是理論。

沒有被驗證過的理論只能算是假說,只有被驗證過的理論才叫科學。

所以,不要把假說與科學混為一談。

還有網友回答光子沒有質量,這種說法只能說他沒能說明白。

光子在絕對靜止時候,理論上沒有質量,但這也是假說。誰見過絕對靜止的事物,在這個宇宙中,反正我是沒有看到。

但運動光子是有質量的,所以,我說這位網友只是一知半解。

現在很多人把假說與科學混雜在一起,其實都是不理解科學是什麼。


在路上61281823

這個問題,其實可以甩鍋給狹義相對論。

狹義相對論認為,真空中的光速保持不變,任何靜止質量非零的物質,都無法被加速到超過光速。所以,既然我們在使用狹義相對論,就會得到任何物質的運動速度都無法超過光速。

值得注意的是,狹義相對論只是說,不能被加速到光速,但並不排斥天生就超過光速的物質,這種物質叫做快子。

不過,這種甩鍋的做法可能不太負責,但是較真起來,物理學家並不能解釋光速為什麼是上限,因為物理學只能告訴你是什麼,但不能告訴你為什麼。


在科學的道路上求索

我認為是光是能量子,是沒有質量的。我們知道任何有質量的物體要達到極高的速度是需要極多的能量去支撐的,一個物體如果沒有質量在理論上它的速度應該是無限的,但是為什麼它為什麼有極限30萬公里每秒,我也搞不清楚。哈哈哈


閒庭信步111

量子糾纏的速度超過光速,未來宇宙探索必須是要超過光速的通訊方式才行。另外影子的速度其實也是超過光速的。只是運動很複雜。《三體》中智子的通訊是實時到達的,當然其中原理是什麼沒有說明,但至少也是用了量子糾纏類似的方式吧!


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