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愛(ài)因斯坦在1905年發(fā)表的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》中提出了狹義相對(duì)論，而狹義相對(duì)論的前提就是兩條基本假設(shè)：
狹義相對(duì)論中所有推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)果都是以這兩條最基本的假設(shè)為前提的，當(dāng)然光速無(wú)法超越也是，因?yàn)楠M義相對(duì)論中推導(dǎo)出來(lái)的質(zhì)增效應(yīng)會(huì)讓存在靜止質(zhì)量的物體在接近光速時(shí)質(zhì)量無(wú)限增加，進(jìn)而讓速度在無(wú)法前進(jìn)一步，因?yàn)橥苿?dòng)物體前進(jìn)的能量是有限的，它最終會(huì)停留在某個(gè)接近光速的位置。 另一個(gè)可能則是速度疊加效應(yīng)，無(wú)論兩個(gè)如何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間的最大速度就是光速，光速始終是一個(gè)屏障，它無(wú)法被超越。大家認(rèn)識(shí)了愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，才了解了光速不可超越，但光速不可超越，并不是愛(ài)因斯坦的首先認(rèn)識(shí)到的。 經(jīng)典力學(xué)時(shí)代的伽利略變換對(duì)于相對(duì)運(yùn)動(dòng)我們可簡(jiǎn)單粗暴的理解為速度1+速度2或者速度-速度2，這在我們?nèi)粘Ｖ芯褪沁@么解決問(wèn)題的，當(dāng)然牛頓有些不太同意這個(gè)方式，但大致都繼承了這一變換的精髓，現(xiàn)在我們也很清楚，牛頓經(jīng)典力學(xué)很好用，在絕大部分的時(shí)候都可以完美的解決問(wèn)題，甚至還指導(dǎo)了海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)。 麥克斯韋計(jì)算出光速關(guān)于速度的體驗(yàn)，我們還不得不提一下詹姆斯-克拉克-麥克斯韋，不僅是因?yàn)楝F(xiàn)代社會(huì)建立在電磁的基礎(chǔ)上，而是他應(yīng)該是最早知道光速是一個(gè)常量的人。 因?yàn)閺柠溈怂鬼f在1865年發(fā)表的一組四個(gè)方程中，最后一個(gè)變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且周期性交替產(chǎn)生，也就是電磁波的來(lái)歷。當(dāng)然我們今天并不是關(guān)心這個(gè)問(wèn)題，而是在這個(gè)方程中可以推算出光速！ 真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率都是常數(shù)，所以光速C它就是一個(gè)常量，盡管麥克斯韋時(shí)代早有科學(xué)家測(cè)量出了光的速度，但從方程中推導(dǎo)出來(lái)，明顯是第一次，而且是一個(gè)常量！而赫茲則在1890年證明了電磁波速度與波源速度無(wú)關(guān)。 洛倫茲變換因?yàn)?881年和1887年的邁克爾遜-莫雷關(guān)于以太的實(shí)驗(yàn)測(cè)量不到地球相對(duì)于以太參照系的運(yùn)動(dòng)速度，1895年洛倫茲提出了運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生長(zhǎng)度收縮來(lái)解釋邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果。并且與麥克斯韋電磁理論結(jié)合在相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中時(shí)空變換的方程，也就是著名的洛倫茲變換公式 通過(guò)洛侖茲變換公式可以推導(dǎo)出速度疊加計(jì)算公式，有興趣的朋友可以去看看洛侖茲變換到速度疊加計(jì)算的推導(dǎo)過(guò)程。 無(wú)論V1和V2速度有多大，它們最終疊加速度的上限為光速。有興趣的朋友可以將你認(rèn)為的最大速度代入計(jì)算看看最終速度是多大？ 法國(guó)數(shù)學(xué)家龐加萊在1900年就洛侖茲變換做出了劃時(shí)代的物理意義解釋，認(rèn)為本地時(shí)是不同那個(gè)坐標(biāo)系之間通過(guò)光速進(jìn)行的時(shí)間同步，這也就是狹義相對(duì)論中時(shí)性的相對(duì)性概念，曾經(jīng)洛侖茲和龐加萊都摸索到了狹義相對(duì)論的大門(mén)，但仍然受限于體系最終與此失之交臂，實(shí)在令人唏噓。 宇宙膨脹超光速愛(ài)因斯坦總結(jié)了麥克斯韋與邁克爾遜-莫雷，以及洛倫茲與龐加萊的成就，1905年愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論很空出世，這得益于愛(ài)因斯坦敢于打破一切的魄力以及不受傳統(tǒng)約束的個(gè)性，當(dāng)然我們今天不是來(lái)夸獎(jiǎng)愛(ài)因斯坦的，而是狹義相對(duì)論關(guān)于光速的描述： 信息傳遞不能超過(guò)光速 將物質(zhì)、能量與信息都?xì)w結(jié)為信息其實(shí)也沒(méi)毛病，當(dāng)然有朋友馬上會(huì)提一個(gè)有趣的現(xiàn)象，比如我用一支足夠亮度的激光束劃過(guò)天際，請(qǐng)問(wèn)這激光束的移動(dòng)超過(guò)光速了嗎？ 答案是肯定的！ 但它傳遞信息了嗎？沒(méi)有，它不具任何意義！ 遙遠(yuǎn)的星系正在遠(yuǎn)離，這是埃德溫·哈勃經(jīng)過(guò)將近十年的觀測(cè)得出的一個(gè)結(jié)論，而且哈勃的觀測(cè)還得出了一個(gè)遠(yuǎn)離的速度/距離比值，這就是著名的哈勃常數(shù)的由來(lái)，盡管與現(xiàn)代精確測(cè)定的哈勃常數(shù)大相徑庭，但它具有劃時(shí)代的意義。 2014年普朗克衛(wèi)星測(cè)得最精確的哈勃常數(shù)為67.15千米/秒/百萬(wàn)秒差距（326萬(wàn)光年），假如按照這個(gè)速度計(jì)算，那么宇宙大約在145.613138億光年外，天體遠(yuǎn)離速度超過(guò)光速。 其實(shí)這個(gè)空間膨脹的速度有一個(gè)假設(shè)前提，即假設(shè)我們自己是不動(dòng)的，所以在145.6億光年外的天體超過(guò)光速原遠(yuǎn)離，假如在那么遙遠(yuǎn)的位置有一個(gè)文明在觀察地球，他們也假定自己不運(yùn)動(dòng)，那么他們將看到我們正在以超過(guò)光的速度遠(yuǎn)離，但我們超光速了嗎？ 答案是沒(méi)有！ 我們相對(duì)于百萬(wàn)秒差距外的天體，遠(yuǎn)離速度還是67.15千米/秒，145.6億光年外的天體，相對(duì)于它們145.6億光年-326萬(wàn)光年的區(qū)域，速度也是67.15千米/秒。當(dāng)然這是假定宇宙膨脹速率恒定不變的條件下的推論，而哈勃常數(shù)并不是一個(gè)恒定不變的數(shù)值，它會(huì)隨時(shí)間而改變。 但各位有一個(gè)概念不能理解錯(cuò)了，膨脹的永遠(yuǎn)是空間，而不是天體的運(yùn)動(dòng)。 我們跟145.6億光年外的天體能信息傳遞嗎？也不能！所以遙遠(yuǎn)的天體隨宇宙膨脹超過(guò)光速跟有質(zhì)量的物體不能超過(guò)光速有什么關(guān)系？ |
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