這片廣袤無垠的宇宙,彷彿無始無終,它似乎在告訴人類,這是最不可捉摸的造物,比方說,它能夠在1秒內繞地球轉七圈半,這其實就是光速,人類對光速的研究可以追溯到古希臘時期。從歷史記載來看,恩培多克勒是第一個宣稱光速有限的人,他堅信光是運動的,所以說它一定需要執行時間。在這之後,人類對此展開了長期討論,直到1676年,奧勒·羅默首次對光的速度進行了測定,這才有了光速有限這一結論。然而,光速的確是測了出來,但新的問題也相繼出現了。例如,一個人在地面上用手電筒射出的光線,和他在高鐵上用手電筒射出的光線速度一樣嗎?難道說兩者之間也會有所不同嗎?後來,人們利用很多複雜的公式,才成功得到了光速的值,並且從理論上證實了光速的確是一個常數,各學者們還清楚地認識到,它相對於任何觀察者來說,都是相同的。再後來的事不少人都知道,1905年裡,愛因斯坦總結了麥克斯韋等人的經驗,然後發表了著名的狹義相對論,人們也因此得知了光速不變原理。那一時期,人們漸漸懂得,當一個物體的運動速度越快,它的時間就會越慢,或者說,物體的空間速度和時間速度不可兼得,這一點其實與量子力學中的海森堡“不確定性原理”看上去,有異曲同工之妙,因為這種不確定性原理就是告訴我們,微觀粒子的速度和位置人類永遠無法同時得到。從一方面來看,我們將這個偌大的宇宙誕生時的時間跟現在的宇宙範圍對比後,就能夠很明顯地看出,宇宙的確在超光速膨脹。就以現在可觀測的930億光年來看吧,我們知道宇宙起源於138億年前,光速則是每秒約30萬公里左右,假設宇宙的膨脹速度為光速,這麼看來的話,現在的宇宙範圍應該只有138億年才對,可實際呢?它的資料竟然超過了930億光年。我們僅從一個可觀測宇宙的範圍就能得出,宇宙的膨脹速度早就超過了光速,不要混淆了,真實的宇宙範圍可不是930億光年這麼簡單,這只是當前人類的可觀測範圍,有可能這種數值只是宇宙範圍的冰山一角。
那為什麼我們還要說,是宇宙將最大速度限制在了光速呢?
我們來回顧一下,在數學裡,速度是用來衡量物體快慢的一個物理量,對於一個物體來說,它的速度越大,它所在的單位時間裡走過的路程就越長,所用的時間也顯得更短。你知道人類能夠實現對地球的全面認知,能夠走出地球,靠的是什麼嗎?答案其實就是速度。相比之下遠古時期的人類,之所以不怎麼了解地球,也不懂得自己頭頂的星空,正展現著怎樣一副光景,這些主要還是因為不具備速度上的優勢,這導致他們無法快速的抵達地球的各個角落,更別說是走出地球了。正因宇宙實在是太大了,所以說如果沒有足夠的速度的話,一切可能都只是空談,或者說我們永遠都只能窺探到有限的宇宙空間。但從理論上來說,人們發現速度確實應該是無限的,那為何愛因斯坦的相對論,要指明一個有質量的物體,它的速度是有限的,這又是怎麼一回事?首先,愛因斯坦的相對論中的確表明,有質量的物體速度存在限制,這個限制無限接近於光速。愛因斯坦在質能方程式中對這樣的結果做出瞭解答,也就是那個大名鼎鼎的公式,即E等於mc的平方。E代表的是一個物體擁有的能量,m代表物體的質量,c代表光速。這個方程式中,能量和質量的關係很特殊。比方說,質量越大能量也就越大,也可看作為物理的能量越大,它的質量也就越大。
很多小夥伴往往只知道相對論把物體的速度限制在了光速,卻不明白這種限制有個前提條件。要知道,相對論分為狹義相對論和廣義相對論,物體存在光速的限制,是狹義相對論的產物。在狹義相對論中,宇宙中存在一個極限速度,也就是光速。一旦物體有靜止質量,就沒辦法達到光速了,更談不上超光速了。可以說,只有靜止質量為零的物體才能以光速運動。根據狹義相對論中提到的質增效應來看,當物體的速度越來越接近光速,那個時候,它的質量會明顯增加,它會越來越大,一直到它真正達到光速的時候,屆時它的質量,就會變得“無限大”。所以說,物體無法超過光速。還有一點,狹義相對論,壓根沒有考慮時空本身的曲率和演化,它預設的是,時空是沒有曲率的平坦空間,這很像我們理想化的海平面完全靜止的模型,你認為地球上是否會存在海平面完全靜止的情況呢?顯然不存在這種現象。這也是為何有人會說,最快星系,遠離速度達到2.3倍光速,也沒有違背相對論的原因所在,這麼看來,正是“光速”制定了三維宇宙裡的種種秩序,現在穩定的時空環境,也和光速息息相關。所以說,宇宙的最大速度,被設定為光速,在相對論被推翻之前,這始終都會是不變的金科玉律,如果說宇宙不限制光速了,那個時候,會發生何種可怕的事呢?可以想象的是,宇宙在那個階段裡,會發生很多難以想象的事,比方說,超光速的物體會擁有無限的壽命和質量,這就已經是很恐怖的事了,最無解的是,那個無限大的質量就是黑洞。你覺得這一時期,自然是否會允許這樣的怪物存在呢?