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先簡單地介紹一下狹義相對論（狹義相對論確實是可以很簡單地就介紹清楚的）。 先從伽利略變換說起。我在地面上花1秒鐘走了1米，在時空平面上，對應（1,1）這個矢量，這是以地面做參照系。如果以我自己做參照系，剛才的物理過程是怎樣的呢？由于以自身做參照系速度為0，所以（1,1）這個矢量變成了（1,0）。如下圖所示：  幾點說明： 1、由于從地面參照系變換到我自身的參照系，時間不變，變化的只是空間，所以時空矢量變換時，是沿著直線變換的。 2、空間的相對性，可以用下式表示：1=0，同樣一個物理過程，對地面來說的1米長的空間，對于我來說是0米長的。容易知道，如果再換一個參照系，原先對地面來說1米的空間距離，還可以變為-1米，1=0=-1。 所以伽利略變換，基本可以用一句話來概述：“變換參照系時，時空矢量沿著直線變換。” 想明白這點，狹義相對論現在用一句話就能說清楚了：“變換參照系時，時空矢量沿著雙曲線變換。” 如圖：   幾點說明： 0、為什么是雙曲線？沒人知道，我也疑惑上帝當年設計宇宙時為什么不選擇簡單的直線，而是選擇了數學上更為復雜的雙曲線。愛因斯坦只是發現了這個結果而已，還沒人知道為什么是這樣一個結果。 1、相對論的內核是簡單的，原因就在，從伽利略時空到相對論時空，只是直線變成了雙曲線而已，并沒有太多的不一樣。伽利略時空是容易理解的，所以相對論理解起來也是容易的。 2、相對論的問題在于市面上通常的相對論科普，諸如時間變慢，動尺縮短，質量膨脹等概念，這些概念都沒有觸及相對論的簡單的核心，而是把一些細枝末節的東西給復雜化了，從而導致人們很難理解相對論。 3、原先在伽利略變換下，空間有如下性質：1=0=-1，現在相對論把時間變得跟空間一樣了，也有如下性質：1=0=-1，圖像參考第二張雙曲圖。物理含義是：對于你來說同時發生的2件事情（0），對另一個人來說可能是先后發生的（1），再換一個人，也可能是后先發生的（-1）。空間的相對性，普通人是很容易理解的，現在無非是把時間變得跟空間一樣了而已，并沒有理解上的困難。 4、第一張雙曲圖，能明顯看出相對論時空跟當年牛頓時空的區別，由于是雙曲線，所以變換參照系時，時間也跟著變化了。以自身做參照系，速度為0時，明顯時間是最短的。 5、雙曲線有漸近線（圖中虛線），這個就是真空中光的路徑，變換參照系時，漸近線上的點依然在漸近線上，所以光速不變。 介紹完狹義相對論，最后回到正題： 1、從第一張雙曲圖能看出，如果你的速度最開始低于光速，那么做參照系變換時，由于是沿著雙曲線進行變換，所以速度永遠無法跨越雙曲線的漸近線，也就是無法超越光速。 2、從第二張雙曲圖也容易看出，如果你的速度最開始高于光速，那么做參照系變換時，由于是沿著雙曲線進行變換，所以速度也永遠無法跨越雙曲線的漸近線，也就是無法低于光速。 3、當然，如果不是變換參照系，而是通過給物體不停地增加能量，是否能超越光速呢？這個問題需要用到動量守恒定律，需要點數學。假設光速C=1，一個物體在時空中的動量矢量是（a，b），其中a大于b，運動速度=b/a，小于1，而光的動量是（c，c），用光給物體加速，假設全部吸收，加速后的動量是（a+c，b+c），容易知道，加速后的速度還是小于1的；但是基本粒子，c是不能全部吸收的，但不管c吸收多少，新的動量矢量（a'，b'）跟老的動量矢量（a,，b）在同一個雙曲線上（為什么？這個倒是可以說清楚的。因為基本粒子的質量在運動中保持不變，而a跟b的平方差就是質量的平方，正因此才會在同一條雙曲線上。忘記相對論中那個荒謬的動質量跟荒唐的E = mc2吧。）所以運動速度自然也不會超越光速。 說了這么多，速度的極限是光速嗎？我個人觀點是否定的。因為并沒有合適的理由限制超光速粒子的存在。 |
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