上節(jié)課我們說了，當(dāng)愛因斯坦得出時間膨脹公式和尺縮公式以后，發(fā)現(xiàn)在公式中只要是物體的運動速度達到光速，就會面臨無窮的問題，比如時間膨脹到無窮大，空間收縮到無窮小。
在物理學(xué)中不允許出現(xiàn)無窮大和無窮小，而且更為嚴(yán)重的是，當(dāng)物體的運動速度超過光速以后，還會出現(xiàn)沒有現(xiàn)實意義的虛數(shù)。
因此，為了消除無窮和虛數(shù)這兩只惡魔，愛因斯坦就必須將有質(zhì)量物體的速度限制在光速以內(nèi)，并且解釋為什么質(zhì)量物體的速度不能達到，更不能超過光速？
關(guān)于這個問題，也就是光速極限問題，也是大家比較感興趣的一個話題，而且自相對論誕生以來，無數(shù)的人想出了各種辦法想超光速，打破光速限制，以推翻相對論。
可到今天為止，光速極限依舊正確，所有想推翻光速極限的思想實驗或多或少都存在漏洞，要不就是用經(jīng)典的速度疊加公式超光速，要不解釋以不傳遞任何能量（信息）的方式超光速。
今天我們這節(jié)課就聊下為什么質(zhì)量（能量）物體運動速度不能超光速？或者說，為什么信息傳播的速度不能超過光速？
先來看相對論的解釋，上節(jié)課我們說了當(dāng)我們考慮光速不變，以及高速運動的物體的時候，伽利略變換就不再適用了，而是要用到洛倫茲變換。
除了要對兩個參考系的時間，以及空間坐標(biāo)變換的方式進行修正以外，還需要對經(jīng)典的速度合成公式進行修正。
以前我們認(rèn)為一輛車的速度為u，一輛車的速度為v，那么這兩輛汽車按照相反的方向駛?cè)?，它們速度合成公式就是w=u v。
這是經(jīng)典的速度合成公式，如果按照洛倫茲變換修正以后，新的速度合成公式為：
一般情況下v和u相對于c2很小，所以這個公式就會退回到經(jīng)典的速度合成公式。但是當(dāng)v和u很大的時候，公式中的分母就不能忽略不計了。
隨著v和u的不斷增大，它們合成的速度會不斷地衰減，無限地逼近光速C，即使是兩束光以光速背道而馳，當(dāng)你把光速C代入公式就會發(fā)現(xiàn)，兩束光疊加以后的速度也是C。
這就是為什么依靠速度疊加并不能突破光速的原因，很多人一直想通過速度疊加突破光速，原因是，你一直在用經(jīng)典的速度疊加公式。而這個公式并不正確。
新的速度疊加公式，只是愛因斯坦解決超光速難題的第一步，根據(jù)這個公式，以及動量守恒定律，愛因斯坦還推導(dǎo)出了質(zhì)速公式：
其中m?代表了物體的靜止質(zhì)量，也成為內(nèi)稟質(zhì)量，m為物體運動以后獲得的相對論質(zhì)量，很明顯當(dāng)物體運動的速度越快，它獲得的相對論質(zhì)量越大。
當(dāng)運動速度接近光速，相對論質(zhì)量會趨于無窮大，導(dǎo)致物體的慣性質(zhì)量也會趨于無窮大，當(dāng)一個物體的慣性質(zhì)量無窮大的時候，根據(jù)牛頓的力學(xué)方程，就需要無窮大的力，才能給物體繼續(xù)提供加速度。
很顯然沒有無窮大的力，因此，一個質(zhì)量物體只能無限地接近光速，不能達到，更不能超過光速。
同樣的速度導(dǎo)致相對論質(zhì)量的增加，只有接近光速的時候才會非常明顯，日常生活中的速度根本不會引起物體慣性發(fā)生變化，就算是一個物體的運動速度達到光速的0.6倍，那么它的慣性質(zhì)量才會增加1/4。
有人懷疑質(zhì)速關(guān)系，到底是不是真實的效應(yīng)，其實這個效應(yīng)已經(jīng)在很多的實驗中得到了證實，比如我們通過電磁偏轉(zhuǎn)實驗測量電子荷質(zhì)比的時候，就發(fā)現(xiàn)電子在低速情況下，荷質(zhì)比是個定值，但是高速運動電子的荷質(zhì)比就開始發(fā)生變化，這就是因為相對論質(zhì)量在搗鬼；
還有在量子論發(fā)展的過程中，當(dāng)考慮電子高速運動帶來的相對論質(zhì)量時，就可以解釋原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)問題。
還有粒子加速器實驗，等等這些都驗證了狹義相對論的質(zhì)速關(guān)系是正確的。這里需要澄清的是，并不是物體的質(zhì)量真正發(fā)生了變化，質(zhì)量是物體的內(nèi)稟屬性，不會發(fā)生變化，增加的只是相對論質(zhì)量，它同樣會起到慣性的作用。
就這樣，愛因斯坦就用新的速度疊加公式，以及質(zhì)速關(guān)系，直接否定了質(zhì)量物體達到光速的可能，更不可能超光速。
但是這里存在一個明顯的問題，速度疊加公式是根據(jù)光速不變推導(dǎo)出來的，兩個束光疊加肯定就是光速，然后又利用速度疊加原理，推導(dǎo)出質(zhì)速關(guān)系，肯定也否定了超光速。
這是不是有點循環(huán)論證的問題。確實，這就是循環(huán)論證，但也叫邏輯自洽。這也是為什么即使相對論誕生到現(xiàn)在已經(jīng)百年的時間了，依然有人不相信光速極限原理和光速恒定原理。
因為這兩個原理，任何人都無法給出合理的證明，所以回答來回答去，都在繞著相對論回答，而相對論又是根據(jù)光速不變推導(dǎo)出來的，它本身就不允許超光速。
所以這個問題就卡在這了？無法解釋？有點這么個意思，不過不要太過失望，其實還有一個更高層面的解釋，可以說明為什么能量（信息）不能超光速？
那就是因果律。相對論本身就強調(diào)了現(xiàn)實的因果律，導(dǎo)致一個事件的原因總是發(fā)生在結(jié)果之前，如果出現(xiàn)超光速的可能，那么結(jié)果就可能出現(xiàn)在原因之前，這和我們普遍的經(jīng)典定律相違背。
比如一個子彈可以超光速，那么當(dāng)你還沒有看到任何人扣動扳機的時候，你已經(jīng)死于超光速子彈之下，而在這之后，才有人掏出了手槍扣動了扳機。這種違反因果律的事情，會導(dǎo)致整個現(xiàn)實世界徹底混亂。
孩子先于媽媽出生，導(dǎo)彈先爆炸，然后才發(fā)射，等等，因此愛因斯坦才斷言，在物理學(xué)中不允許超光速的信號存在。
所以說，光速極限是因果律和狹義相對論共同的得出的結(jié)論。只要你承認(rèn)現(xiàn)實的因果性，只要你接受狹義相對論，那么光速極限就是正確的。
如果你兩者都不接受，那么這個世界上沒有一個人可以為你解釋為什么存在光速極限。
那這是不是就說明光速極限就一定正確？
其實跟光速恒定一樣，前面的文章在講到光速為什么恒定的時候，已經(jīng)說過，沒有絕對正確的理論，你完全可以證偽任何一個物理定律，只要你的證據(jù)足夠，完全可以推翻相對論。
如果你在沒有任何證據(jù)的情況下，就質(zhì)疑現(xiàn)今人類建立起來的科學(xué)體系，那么你的質(zhì)疑將不被任何人理睬。
這時有人又開始質(zhì)疑了，你說來說去，還是沒有解釋為什么有光速極限。我說了是因為因果律的原因，那有人可能又會問：為什么會有因果律？因果律就一定正確嗎？
一般這種問題，科學(xué)不予以回答。因為沒辦法回答。說白了，科學(xué)不允許你不斷地問為什么。有些事情沒有為什么，只能無條件地接受。
舉個簡單的例子，比如我們說宇宙誕生于大爆炸，所有的人都會問，大爆炸是怎么來的？真空能量的暴漲，那么真空能量是怎么來的？沒人知道，如果我說是上帝創(chuàng)造的，還有人會問，上帝是怎么來的？它媽生的，那它媽是怎么來的？.....
這樣的質(zhì)問已經(jīng)超出了上帝所能回答的范疇，所以記住一點：不是所有的事情都有為什么！科學(xué)更不能解答所有的為什么。
好了，今天的內(nèi)容就到這里，下個內(nèi)容，我們說雙生子效應(yīng)，這是狹義相對論中最經(jīng)典的一個問題，如果你搞懂了雙生子問題，作為科普，那就基本上理解了狹義相對論。
