大自然为何有光速限制?不限制不行吗?

宇宙时空探索 2025-01-03 18:29:42

关于光速的不变性与速度限制的议题,无疑使人联想到爱因斯坦的狭义相对论。不可否认,狭义相对论的诞生正是为阐释光速这一神奇现象。

有的朋友可能心生疑惑:“为何偏爱狭义相对论来解释一切?难道它就是不容置疑的绝对真理吗?”

我必须指出,在科学的范畴内,没有任何理论能自称为绝对真理,这是科学的本质所决定。然而,对于狭义相对论,我并无任何抗拒的理由,因为在过去的一个多世纪里,科学家们用各种方式反复验证了这一理论,尽管验证过程本质上就是对其进行“质疑”。

然而,时间已逾百年,狭义相对论依然屹立不倒。在此背景下,我又怎能不倾向于利用它来阐释现象呢?

在物理学领域,光速限制正是狭义相对论推演的核心结论之一。当然,你亦可将光速限制视作自然界或四维时空的固有属性,这只是两种不同的诠释方式,本质上并无二致。

接下来,让我们从狭义相对论的视角出发,探索爱因斯坦是如何推导出“光速限制”这一结论的。

首要的是,我们需理解爱因斯坦是如何建立狭义相对论的。简言之,该理论建立在两大基本假设之上。

这两大基本假设分别为:

光速不变原理。即在所有惯性参照系中,光速始终恒定不变。

相对性原理。即在所有惯性参照系中,物理定律的表现形式始终一致。

狭义相对论的所有结论以及由此推演出的公式,均源于上述两条假设。甚至可以说,狭义相对论的伟大之处并非在于其结论的震撼,而是这两条假设本身的震撼。

因为,仅凭这两条假设,即便是不复杂的数学运算,亦能让多数人推演出狭义相对论中的公式,诸如时间膨胀公式、长度收缩效应公式、质量增加效应公式以及质能关系公式等。

你可能好奇:爱因斯坦凭何提出这两条假设?他又如何确信这些假设的正确性?

事实上,这一问题涉及颇多内容,之前的科普文章已有详尽阐释,在此便长话短说。

简而言之,对于假设,我们无须过多追问“为何”,只需选择接受或不接受即可,质疑的必要性与意义不大。当然,你同样可以提出个人的假设以取代爱因斯坦的,并在此基础上构建自己的理论。

但前提是,你的假设需保持内部一致,不可自相矛盾,且要能比爱因斯坦的假设更好地解决实际问题,否则,既然都是假设,我们为何要认可你的呢?

再者,任何假设的提出并非随性而为,而是需要经过长时间沉淀与思考。假设的内容或许不符人们的日常经验,但必须能够通过实验验证。毕竟,人们的日常经验通常存在局限,而实验结果则不会说谎。

例如,“光速不变原理”与“相对性原理”在性质上大相径庭。前者并不符合我们的日常经验,它意味着无论任何速度与光速叠加,结果仍是光速。这在我们的认知中是不可思议的。想象你以0.9倍光速追逐一束光,在你眼中,那束光的速度仍旧是光速,这样的情景让人难以置信。

然而,实验结果证实了这一点。此时,我们不得不将信任托付给实验结果,而非日常经验,结果显示,光速的确恒定不变。

与此相反,“相对性原理”完全符合我们的日常经验,它表示在所有惯性系中,物理定律是等价的。以一列匀速直线行驶的火车为例,在火车上的体验与地面上的体验并无二致。如果闭眼不看,听不到火车的声音,你甚至无法分辨自己是身处行驶中的火车还是站在地面上,因为二者是等价的。

换言之,“光速不变原理”与“相对性原理”不仅是假设,更是公理。公理是不需要证明的,你只需要选择接受与否。

就像“两点之间直线段最短”这一公理,它无需证明,每个人自然而然地接受。

而“光速不变原理”之所以难以让人接受,主要是因为它违背了我们的日常经验,毕竟在传统观念中,速度总是相对的,需要参照系来定义其意义。然而,光速却是绝对的,这自然令人难以接受。

但如前所述,我们的日常经验不可避免地存在局限,当实验结论与日常经验发生冲突时,我们应信任何者?

答案显然是实验结果,这一点毋庸置疑。

至此,你或许发现我尚未过多阐述光速限制,更多是在讨论爱因斯坦如何创建狭义相对论。

然而,这并非偏题,因为一旦你理解并接受了狭义相对论的由来,自然也就更容易接受大自然为何要限制光速。

有多种方式可以用来解释光速限制。例如,最常见的质量增加效应表明,当一个物体速度接近光速时,其质量会变得极大,需要无穷多的能量才能加速至光速,而整个宇宙的能量无法达到这一条件,因此这是不可能发生的。

我们还可以从因果律的角度解释光速限制。根据狭义相对论的结论,若物体速度超过光速,则在某个参照系中会破坏因果律,即“结果”先于“原因”发生,这显然违背了因果律,大自然必须设置光速限制以防止因果律被破坏。

当然,你还可以从GZK极限值限制的角度去理解光速限制。GZK极限值是宇宙中的能量上限。当粒子能量超过此极限,会与宇宙微波背景辐射中的光子相互作用,导致能量衰减,由于能量不足,粒子无法达到或超过光速。

最终,你或许还会提出更深刻的疑问:上述所有解释并未触及大自然的本质,只是停留在表面现象。例如,“为何存在光速不变”这一问题。

只能说,大自然就是如此,或者我们所在的宇宙就是这样的。至于背后的原因,可能只有造物主知晓,这是超出科学范畴的议题。或许存在无数个其他宇宙,在那些宇宙中,光速限制根本不存在,甚至所有物体都必须以超光速移动。

又或者,我们的宇宙本就是由一台超级计算机设定的虚拟程序,所有的参数都已预先设定,而光速限制只是其中的一个参数。

但无论如何,真相是什么并不那么重要,我们只需致力于探索我们生活的世界,以及我们所发现的一切真理。

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评论列表
  • 2025-02-13 11:43

    ❌证实/证明理论是骗术:::需要证明的真理/理论是骗,号称证明真理/理论也是骗!!!真理理论作为预测未来的全称命题,证伪当然有效,证明/证实当然无效。号称证明XX论和万有引力定律,都是骗。实验只能证明具体现象是真实。 认知自然/想知道能不能趟过一条河?没有经验知识无法演绎应用,创造假说也没用,只能依靠观测归纳。所有自然规律都是对过去的归纳,未来不变,不变的原因是不知道,只能信任自然!——“相对真理”也是骗术,真理是客观存在的绝对真理,人类诞生之前月亮不运动吗??引力有没有??都是显而易见!仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理??地心说依据的现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然_欺师灭祖_搞骗的伎俩。❌❌大胆假设(规律),细心求证,都是骗术,是悖论斯坦发家(科学家)的“两头骗”!用假设猜想后脑勺肯定没用,搞1000年可解释一切稀奇的鬼故事(假说假设,不是公设假定)也真不了,牛顿自然哲学反对任何创造假说!!!无人机,潜水艇,轮子,核弹的发明创造都是由公理和观测经验大胆演绎的结果/现象,与自然复杂现象一样,真理不变现象无穷多。质能方程演绎狗屎造核弹有用吗?

  • 2025-01-23 17:02

    ❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学(包括逻辑)都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,变化现象当本质(不变现象)是思维错乱丧心病狂。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???狗屎核弹方程是如何应用的???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???

  • 2025-02-13 11:43

    ⭕️⭕️⭕️悖论斯坦,悖论潘多拉,终身搞骗祸害人类科学。一个终身肮脏的灵魂。

  • 2025-01-23 17:04

    ⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子/电磁粒子, photon energy and photon behavior discussions,物质包括光子本质是带电质量体都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,强大电斥力(10^36倍引力)发射碎块到达零电势区获得真空光速,强大电磁力平衡是稳定光子间距/波长的关键。原子内遍布真空,极小光子惯性飞行,有引力场轨道运动与逃逸折射或撞击,有斥力场散射反射等。电子质子不易获得高速,原子惯性飞行穿透材料条件也差太多。中子大冲量撞击原子核是产生产生光子(核能)的关键途径,电子撞核/质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。⭕️热量温度是光子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵增是数学,原子获得光子动能相对运动带来生命生机不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度极难。

  • 2025-02-13 11:43

    ❌一群孔乙己,看不起短衣帮(看不起牛顿的经验归纳,迷恋悖论斯坦假说鬼把戏),自己受害于悖论斯坦创造假说和科幻之乎者也邪念,天天诠释相对论之乎者也,相对论长衫子实在是破(都是假说瞎编皇帝新衣,也木有理想惯性系)也不忍脱了去,读书人偷书不算偷/假说科学不算假,趾高气扬地祸害子孙祸害国家!!!指桑骂槐骂“民科”(实际也是孔乙己,民科民粹是不知为不知,与伪科学何干???),都以为自己是举人(官科)!狗咬狗狗咬人。笑死个人。一些孔乙己只能挨丁举人的毒打。[偷笑][偷笑] 假说对假说,永远凑不拢,天天去搞假说之乎者也孔乙己骂假说孔乙己,骂短衣帮,号称修正牛顿。笑死人了。㊙️㊙️………相对论之乎者也,就是孔乙己的长衫子。据说,全世界懂相对论之乎者也的人只有三个。但是,迷信相对论之乎者也的孔乙己,人数巨大!

  • 2025-02-13 11:43

    ❌以太的小胆太小了???以太是波动学派的(根基)托辞遮羞布,悖论斯坦干脆厚脸皮直接骗,让波搞独立单干/和物质质量说拜拜,来个二象性指鹿为马,无源场也用上!再诠释诠释,高速低速搞区别对待,宏观微观弄成不同,质量尺寸时间都弄成可以变,能量搞成数学能量,,,还不行?绝对时空也不要了,相对运动搞成残废/让光绝对运动,相对时空更美妙可惜惯性系不同意。又不行了??什么能难住骗子呢?换个假说继续骗,搞广义的,把空间也搞弯,轨道电子不干就不管它了,物质相互力也弄点鬼,,,,用假说无中生有(🍎哈哈,我说有鬼谁能证无?)号称证明全称命题,脸厚怕啥?坚决把大胆假说革命进行彻底/1955/game over?

  • 2025-02-13 11:42

    真理都是简单的,不证自明(不变现象)无法证明(全称命题/可证伪/乐于被批判)。悖论诠释百年号称证明(全称命题)是骗。古希腊哲学对真理(科学知识)的理解——真理是不变的现象。水流现象千变万化是真实/不是真理。水往低处流现象不变,太阳东升西落现象不变,都是有用的真理/知识/知道。物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的现象/真理。居然有人号称人人不知的空间弯曲是真理,还胡编人人可知的时间是虚幻!!都是缺德笑话。绝对时空可微可积,弯曲不均匀空间可积分吗?科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,鼓吹不确定(不知道)❌是鬼迷心窍丧心病狂。科学是观测归纳不是假说证明不是解释稀奇。所有物质100%由带电质量体/粒子构成(不变现象/本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子,中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的惯性运动冠军。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,奇怪吗???

  • 2025-02-13 11:43

    光速不变假说见证了高超的骗术!……光速可以测量,测量速度需要参考系,参考系改变了测量结果不变吗??笑死人了。 ———任何全称命题证伪当然有效,证明/证实当然无效。全称命题光速不变违背相对速度自然公理,已有效证伪!!!任何数学演绎能推理出来全称命题“光速不变”吗???无论多少次实验能证明全称命题“光速不变”吗???任何实验精度能证明“光速不变”吗???光速不变只能是创造假说当然是骗。相对光速/光速变化/超越光速当然都是正常现象。 光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗??光反射驱动光帆光速不变??相对速度变化导致多普勒效应和红移,是光速不变??光子离开黑洞速度变吗?光子进入黑洞速度(当然超越光速)也不变吗?掩盖谎言需要更多谎言!………光速常数C是电磁经验公式的一个常数,不是光速不变,地球引力常数G当前还在努力提高观测精度。———量子不确定性原理如何解释光速不变这种无限的确定性???号称场的速度是光速,地球速度显然不同,难道地球场跑掉了??

  • 2025-01-09 13:55

    根本就没有限制,是爱恩斯坦自以为是人为认为限制。

  • 2025-01-06 20:10

    光速是最快速度[得瑟]

  • 2025-01-07 17:27

    更正,心态,形态。

  • 2025-01-09 23:07

    出了太阳系,光速就限制不了你[得瑟][得瑟]

  • 2025-01-23 17:05

    电子加速光子到光速,需要的时间小于10^-18秒。

  • 2025-02-13 11:42

    水流现象千变万化是真实/不是真理,复杂现象有观测不确定。水往低处流是不变现象/真理/知识/知道/确定性。信任自然是人类解释理解自然现象能力的极限。真理是简单的,发现真理却是艰难漫长的,瞎搞不确定,量子鬼学,是丧心病狂!

  • 2025-01-07 17:26

    光是另一种心态,何来速度?所谓的光速,准确的说是仪器误差的值。光跟远和近,只有强和弱之差,准确的应该是灯亮了,不管远和近都是同时到达才对。请注意,空气的密度直接影响动态,所以为什么光速是不变的值,这难道不是自相矛盾吗?下课免费的。

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学