以前,人们的思想中没有一个宇宙最高速度的概念,在牛顿的科学体系中,并没有设定一个速度的上限。人们可能会认为,只要持续地给一个物体施加外力,他的速度就会越来越快而没有止境。然而,到了相对论时代,在爱因斯坦的理论中,却设置了一个光速的上限,他宣称没有任何物体或信息传播的速度可以超越光速。这种说法就好像是为我们神秘的宇宙设下了一道封印。
那么,这究竟是为什么呢?
首先,人们经常将这两个概念搞混:光速与光的速度。其实,在狭义相对论中,应该更多的是用光速的概念。实际上,如果我们给它改个名,估计就好理解多了,我们不再叫它光速,而改为叫“宇宙极限速度”。只不过同时,光的速度恰好就是这个“宇宙极限速度”。也就是说,我们应该将光速这个名词更多地认为是相对论中的一个假设和前提,认为宇宙中存在一个速度上限,而人类已经发现了,这就是光的速度。
实际上,宇宙中存在一个速度上限的说法还是很好理解的。这是因为:首先,“无限大”总是一个很矛盾的事物,无限这种东西应该只存在于数学理论中,而无法存在于现实世界;这就和人们认为“无限小”不可能存在,而诞生了原子的想法一样,在认识宇宙的过程中也是非常成功的。“无限”总是一个需要去避讳的词汇。其次,宇宙中也不可能有无限大的运动速度,这是因为:物质的运动速度实际上体现了宇宙的演化速度。如果速度可以无限大,那么整个宇宙的时钟和运行节律就将会无限快,这样的话宇宙将会瞬间诞生又瞬间灭亡,不停地循环往复,这样的情景也可以说宇宙根本就不存在。所以说宇宙必然有一个演化节律的上限,一个运动速度的上限,而我们目前认为,这个速度就是光的速度,简称光速。
理解了宇宙中必然有一个最高速度的思想,也就可以理解,宇宙中其实必然存在着一个“速度壁垒”,虽然这个壁垒不一定是光的速度。
那么,再来看一下,为什么我们的宇宙的这个极限速度是光的速度呢?
其实,我们不应该妄谈,因为关于光的本质我们还没有完全搞清楚,所以很难说这个速度为什么恰好就是光的真空速度。但是,还是来畅想一下:既然是宇宙的极限速度,那么就必然和宇宙中最根本的事物相关。那么,宇宙中最根本的事物是啥呢?无非是两种:物质和空间。所以,光很可能是我们的空间基本特性所决定的,或者是组成物质的基元的信息传播速度。组成我们宇宙的空间和物质基础应该是完全一致和平滑的,这个平滑的基础确保了光在真空中速度不变的特性。总之,这个极限速度应该体现了宇宙的本质属性,是我们的宇宙基本结构、基本特性决定了这个速度上限,而目前来说这个速度就是光速。
那么,除此之外,在不考虑质量增加、时间变慢等效应的情况下,其实还有一些因素制约了我们进一步提高速度超越光速。那就是,任何物质要想进一步增加速度,就必须要接受持续的力或者说能量输入来加速。而在我们的宇宙中,只有四种基本力,这其中可以用来加速的应该是长程力:电磁力和引力。然而,根据现有的科学理论,电磁力是靠交换光子互相作用的,而光子的速度本身就是光速,它是无法将一个其他粒子加速到比它自己还要快的速度的。我们也不知道引力导致的时空扭曲如何能将一个粒子加速到超越光速;而如果按照引力是由引力子产生的观点,由于引力子的速度也是光速,所以它同样无法将其他粒子加速到比自身还快。这就像是让一个人推车跑,他自己就跑这么快,已经跑不动了,你还能指望车能比他跑得还快?
因此,在我们宇宙中各种粒子的大碰撞中,目前胜出的跑得最快的就是光了,这应该是可以理解的。因此,所谓“光速壁垒”也就成为一种必然了。