“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(xué)過相對(duì)論，在日常的信息渠道中也應(yīng)該或多或少聽說過，并且光速已然成為了相對(duì)論的代名詞?；蛟S正是因?yàn)檫@樣的原因，很多人對(duì)于打破光速這一限制產(chǎn)生了源源不斷的興趣。

比如下面幾種超光速疑問：

①我拿著手電筒跑，那么手電筒發(fā)出的光不就超光速了嗎？（大于每秒30萬公里）

②一根無限長的棒子，使其繞一端旋轉(zhuǎn)，那么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，那么另一端就會(huì)立即移動(dòng)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，這里就不多做介紹了。

總的來說，這些的疑問都是建立在沒有深入了解過相對(duì)論的前提下產(chǎn)生的，或者是這些朋友只是了解了一些定理語句，但沒有用數(shù)學(xué)演算過，這樣就導(dǎo)致了此類疑惑層出不窮。

實(shí)際上關(guān)于這些問題的解答大致分類兩個(gè)：

第一個(gè)：利用狹義相對(duì)論的幾個(gè)推論（比如質(zhì)增效應(yīng)、速度疊加公式等等）來進(jìn)行解釋和反駁。

比如質(zhì)增效應(yīng)，對(duì)觀察者而言，如果物體速度越來越接近光速，那么其質(zhì)量就會(huì)增至無窮，而進(jìn)一步的加速則變?yōu)椴豢赡埽▽?shí)際上用能量變?yōu)樘摂?shù)的觀點(diǎn)則更為嚴(yán)謹(jǐn)，下文會(huì)提到）。

第二個(gè)：告訴他們，現(xiàn)實(shí)世界不存在絕對(duì)剛體，無限長的棒子在受力時(shí)必定產(chǎn)生形變，而這一過程的傳遞速度大小實(shí)際上就是固體內(nèi)部的音速傳播數(shù)值，利用應(yīng)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關(guān)于光速為什么不能超越的一個(gè)本質(zhì)原因——因果律，這種解釋并不多見，因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候，剛才所講的幾種解釋就已經(jīng)很好的反駁了超光速現(xiàn)象。

不過上述的幾種解釋中忽視了一個(gè)似乎不太重要的點(diǎn)，那就是絕大部分關(guān)于超光速現(xiàn)象的物體，事前都在經(jīng)歷一個(gè)加速過程，也就是這個(gè)物體的初速度是小于光速的，之后想通過加速來實(shí)現(xiàn)超光速。

這種方式的毛病就出現(xiàn)在加速過程中，之前第一個(gè)解答已經(jīng)告訴我們，因?yàn)樾枰獰o窮多動(dòng)力進(jìn)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(guān)于物體質(zhì)量增加這一點(diǎn)（動(dòng)質(zhì)量），現(xiàn)在已經(jīng)沒有這種說法了，因此用能量的觀點(diǎn)（質(zhì)能方程，不出現(xiàn)動(dòng)質(zhì)量的形式），當(dāng)物體的速度達(dá)到或者超光速時(shí)，物體能量就變的沒有意義或者是虛數(shù)）

正是因?yàn)檫@樣的討論，導(dǎo)致我們一直陷于加速過程，而很少注意到另一種情況——如果初速度就大于光速呢？

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于光速的物質(zhì)又該怎么說呢？實(shí)際上關(guān)于這點(diǎn)，在上世紀(jì)曾有科學(xué)家提出過相應(yīng)理論——“快子理論”，認(rèn)為有可能存在天生速度就大于光速的物質(zhì)，稱為快子。而快子存在一個(gè)速度下限，不能低于光速（正如普通物質(zhì)不能超過光速一樣）。

然而正如所有的超光速現(xiàn)象一樣，即便是不考慮加速，天生速度就大于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(gè)很古老的定律，稱之為定律可能不太習(xí)慣，因?yàn)橐蚬傻膬?nèi)容可以說是最最基本的常識(shí)也不為過，很簡單的一句：先有因后有果。在這個(gè)世界上，估計(jì)沒有人會(huì)去懷疑這一句話的正確性。

• 比方說你在土里種下了一顆蘋果樹的種子，許久之后長出了一顆蘋果樹。這個(gè)事件的順序是先播種子后長樹，你能想象出先長樹后播種的情況出現(xiàn)嗎？

• 再比如，每個(gè)人都是先出生后死亡的，你能想象出一個(gè)人是先死后生的嗎？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(diǎn)應(yīng)該沒有人質(zhì)疑。

然而因果律又是怎么和超光速現(xiàn)象聯(lián)系上的呢？

這里我們首先需要事件在相對(duì)論中的定義，所謂事件就是指一個(gè)時(shí)空點(diǎn)（由空間一點(diǎn)和某一時(shí)刻構(gòu)成）。比如剛才提到的例子，播散種子是一個(gè)事件（事件A），而蘋果樹長成又是一個(gè)事件（事件B），這兩個(gè)事件是構(gòu)成因果聯(lián)系的，并且后一個(gè)事件的發(fā)生時(shí)間必定晚于第一個(gè)事件，也就是事件B的時(shí)刻減去事件A的時(shí)刻，必須大于零。

然而在狹義相對(duì)論中，時(shí)間不再是一個(gè)全員相同的物理量了，不同參考系對(duì)于同一事件的看法是不一樣的，比如在我這個(gè)參考系內(nèi)，事件A發(fā)生于時(shí)刻a，事件B發(fā)生于時(shí)刻b，然而在另一個(gè)人的參考系中，事件A發(fā)生于時(shí)刻a，而事件B卻發(fā)生于時(shí)刻c。

由于因果律在每個(gè)參考系內(nèi)都必須成立，再結(jié)合上上段的內(nèi)容，將上述文字轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)表達(dá)則為：b-a＞0，c-a＞0，也就是說只要上述數(shù)學(xué)式成立，那么因果律就沒有被打破。

• 而這樣的數(shù)學(xué)式又和超光速有什么聯(lián)系呢？

下面再簡單的介紹一個(gè)概念——世界線

世界線是狹義相對(duì)論幾何化后的概念，區(qū)別于一般代數(shù)式的理解相對(duì)論，幾何語言的描述能更加凸顯狹義相對(duì)論的本質(zhì)，其中世界線就被定義為某個(gè)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(shí)間（這個(gè)圖被稱為時(shí)空?qǐng)D），而某一物體每時(shí)每刻在的空間位置都可以用時(shí)空點(diǎn)表示，因此一條連續(xù)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(shí)線、類光線、類空線

并且這三種世界線可以簡單的表示為：類時(shí)線是指速度低于光速的物體的世界線、類光線是指物體速度等于光速的世界線、類空線是指物體速度大于光速的世界線，即超光速現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的世界線為類空線。

• 在知道這樣的結(jié)論后，那么問題就可以歸結(jié)于：類空線與數(shù)學(xué)式b-a＞0，c-a＞0之間到底是什么關(guān)系？

由于類空線與數(shù)學(xué)式b-a＞0，c-a＞0，都可以推演成一個(gè)概念——時(shí)空間隔，那么何為時(shí)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(gè)極短的線長是如何表示的呢？很簡單，長度的平方等于（x2+y2）（其中x、y代表一端坐標(biāo)軸方向上的極小長度，微積分表示就是ds、dy），而在時(shí)空?qǐng)D中關(guān)于長度的定義與此類似（區(qū)別只在于時(shí)間），被稱為時(shí)空間隔。

回到問題，我們知道類空線的是時(shí)空間隔是大于零的，而數(shù)學(xué)式b-a＞0，c-a＞0可以通過洛倫茲變換轉(zhuǎn)換為時(shí)空間隔，可以證明其時(shí)空間隔是小于等于零的。

既如此，那么可以總結(jié)得到：若時(shí)空間隔小于等于零，則因果律成立；若時(shí)空間隔大于零，則因果律不成立，且判斷標(biāo)準(zhǔn)就是超光速。

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

所以說，超光速現(xiàn)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(nèi)容到此結(jié)束。

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