“真空光速不可超越”，想必這句話很多人都非常熟悉，即便你沒有學過相對論，在日常的信息渠道中也應該或多或少聽說過，並且光速已然成為了相對論的代名詞。或許正是因為這樣的原因，

比如下面幾種超光速疑問：

①我拿著手電筒跑，那麼手電筒發出的光不就超光速了嗎？（大於每秒30萬公里）

②一根無限長的棒子，使其繞一端旋轉，那麼另一端的速度不就無窮大了嗎？也就是超光速了

③還是一根無限長的棒子，我在一端用力一推，那麼另一端就會立即移動一下，這樣一來就能借此傳遞信息，而這不就說明信息的傳遞速度超過光速了嗎？

。。。。。。

這樣的疑問還有很多，這裡就不多做介紹了。

總的來說，這些的疑問都是建立在沒有深入瞭解過相對論的前提下產生的，或者是這些朋友只是瞭解了一些定理語句，但沒有用數學演算過，這樣就導致了此類疑惑層出不窮。

實際上關於這些問題的解答大致分類兩個：

第一個：利用狹義相對論的幾個推論（比如質增效應、速度疊加公式等等）來進行解釋和反駁。

比如質增效應，對觀察者而言，如果物體速度越來越接近光速，那麼其質量就會增至無窮，而進一步的加速則變為不可能（實際上用能量變為虛數的觀點則更為嚴謹，下文會提到）。

第二個：告訴他們，現實世界不存在絕對剛體，無限長的棒子在受力時必定產生形變，而這一過程的傳遞速度大小實際上就是固體內部的音速傳播數值，利用應力波傳遞信息，除非是剛體，否則不可能超越光速。

但我們今天想說的是<strong>關於光速為什麼不能超越的一個本質原因——因果律，這種解釋並不多見，因為在很多時候，剛才所講的幾種解釋就已經很好的反駁了超光速現象。

不過上述的幾種解釋中忽視了一個似乎不太重要的點，那就是絕大部分關於超光速現象的物體，事前都在經歷一個加速過程，也就是這個物體的初速度是小於光速的，之後想通過加速來實現超光速。

這種方式的毛病就出現在加速過程中，之前第一個解答已經告訴我們，因為需要無窮多動力進一步加速，所以不成立。（注：雖然這種解釋看上去是很合理的，但是關於物體質量增加這一點（動質量），現在已經沒有這種說法了，因此用能量的觀點（質能方程，不出現動質量的形式），當物體的速度達到或者超光速時，物體能量就變的沒有意義或者是虛數）

正是因為這樣的討論，導致我們一直陷於加速過程，而很少注意到另一種情況——如果初速度就大於光速呢？

就如光子生來就是光速一樣，如果宇宙中存在生來速度就大於光速的物質又該怎麼說呢？實際上關於這點，在上世紀曾有科學家提出過相應理論——“快子理論”，認為有可能存在天生速度就大於光速的物質，稱為快子。而快子存在一個速度下限，不能低於光速（正如普通物質不能超過光速一樣）。

然而正如所有的超光速現象一樣，即便是不考慮加速，天生速度就大於光速的快子也不能逃過因果律的限制。

接下來就引出了今天文章的主角——因果律

因果律本身是一個很古老的定律，稱之為定律可能不太習慣，因為因果律的內容可以說是最最基本的常識也不為過，很簡單的一句：先有因後有果。在這個世界上，估計沒有人會去懷疑這一句話的正確性。

• 比方說你在土裡種下了一顆蘋果樹的種子，許久之後長出了一顆蘋果樹。這個事件的順序是先播種子後長樹，你能想象出先長樹後播種的情況出現嗎？

• 再比如，每個人都是先出生後死亡的，你能想象出一個人是先死後生的嗎？這就是因果律，而違背因果律的事情，是斷然不能接受的，這一點應該沒有人質疑。

然而因果律又是怎麼和超光速現象聯繫上的呢？

這裡我們首先需要事件在相對論中的定義，所謂事件就是指一個時空點（由空間一點和某一時刻構成）。比如剛才提到的例子，播散種子是一個事件（事件A），而蘋果樹長成又是一個事件（事件B），這兩個事件是構成因果聯繫的，並且後一個事件的發生時間必定晚於第一個事件，也就是事件B的時刻減去事件A的時刻，必須大於零。

然而在狹義相對論中，時間不再是一個全員相同的物理量了，不同參考系對於同一事件的看法是不一樣的，比如在我這個參考系內，事件A發生於時刻a，事件B發生於時刻b，然而在另一個人的參考系中，事件A發生於時刻a，而事件B卻發生於時刻c。

<strong>由於因果律在每個參考系內都必須成立，再結合上上段的內容，將上述文字轉換為數學表達則為：b-a＞0，c-a＞0，也就是說只要上述數學式成立，那麼因果律就沒有被打破。

• 而這樣的數學式又和超光速有什麼聯繫呢？

下面再簡單的介紹一個概念——世界線

世界線是狹義相對論幾何化後的概念，區別於一般代數式的理解相對論，幾何語言的描述能更加凸顯狹義相對論的本質，其中世界線就被定義為某個物體自身事件的集合，如下圖所示

其中橫軸代表空間，豎軸代表時間（這個圖被稱為時空圖），而某一物體每時每刻在的空間位置都可以用時空點表示，因此一條連續的曲線就是某一物體的世界線，而物體的世界線分為三種：分別稱為類時線、類光線、類空線

並且這三種世界線可以簡單的表示為：類時線是指速度低於光速的物體的世界線、類光線是指物體速度等於光速的世界線、類空線是指物體速度大於光速的世界線，即<strong>超光速現象對應的世界線為類空線。

• 在知道這樣的結論後，那麼問題就可以歸結於：類空線與數學式b-a＞0，c-a＞0之間到底是什麼關係？

由於類空線與數學式b-a＞0，c-a＞0，都可以推演成一個概念——時空間隔，那麼何為時空間隔呢？

簡單來說，我們來想一想：在平面歐氏幾何中的一個極短的線長是如何表示的呢？很簡單，長度的平方等於（x²+y²）（其中x、y代表一端座標軸方向上的極小長度，微積分表示就是ds、dy），而在時空圖中關於長度的定義與此類似（區別只在於時間），被稱為時空間隔。

回到問題，我們知道類空線的是時空間隔是大於零的，而數學式b-a＞0，c-a＞0可以通過洛倫茲變換轉換為時空間隔，可以證明其時空間隔是小於等於零的。

既如此，那麼可以總結得到：<strong>若時空間隔小於等於零，則因果律成立；若時空間隔大於零，則因果律不成立，且判斷標準就是超光速。

而另一個大前提就是我們堅信因果律在任何情況下都必須成立，因此超光速現象必須被禁止！（也就是不出現類空的世界線）

所以說，超光速現象不存在的真正原因是因果律不支持超光速存在。

本篇文章的內容到此結束。

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