人類是通過什麼認識到物體運動速度是無法超越光速的？

07-27

最近在看科幻小說，發現很多理論都衍生於這個理論，想知道它是怎麼來的。

讓我們理一下思路：

1. 物理學發展出了麥克斯韋方程組，可得光速為一個可計算的常數。但這個結果不涉及參考系。

2. 為了解釋這一結果，人們首先假設光傳播的介質，即以太的存在。然而，這一假設被邁克耳孫－莫雷實驗證明是錯誤的。

3. 因此，為了得到一個isotropic且homogeneous的理論，需要使用洛倫茲變換來替代伽利略變換。

4. 為了使洛倫茲變換中動量、能量守恆，需要引入狹義相對論的概念。具體來說，需要使用動質量公式（雖然現在學界已經幾乎不講動質量這個概念）。

5. 對於一個靜止時質量不為零的物體，隨著它接近光速，它的動質量趨近無限大。因此把該物體加速到光速所需能量為無限大。

註：

1. 相對論並沒有阻止物體以光速運動（比如光子）。

2. 理論上，相對論只阻止物體速度跨越光速。可以想像一種粒子(Tachyon)一直以大於光速的速度前進。只要它不降到光速以下，就不違反相對論。但這種模型不常見。

3. 相對論阻止物體在時空中的運動速度跨越光速，但如果時空本身膨脹則沒有關係。

人類是通過一些自然現象和實驗認識到物質難以超越光速，但把這一現象看成規律還是從愛因斯坦建立相對論開始的，不過人類又在突破這一觀點，認為宇宙膨脹速度可以超光速。

不會有超過光速的速度開始是就是一個假定，以便解釋一些矛盾。概括地說就是物理定律的不變性原理在電磁學中的失敗。不過漸漸的，也被實驗所驗證。雖然也都是間接的驗證,但這個事情也沒法直接驗證,頂多以後被反例推翻而已。

由此目前也不能說它只是一個公設，它的確是由實驗得出的規律。

以上是概述。如果諸位對物理有興趣,那麼還有一些其實很重要的細節:

1.不能超光速的東西是指群速度,而非相速度,兩種速度的區別在量子力學中比較清晰,而在無色散情況下(比如經典波動方程)沒有區別。

2.群速度可以理解為能量/擾動的傳播速度,以往也被理解為信息的傳播速度。相速度就是等相面的傳播速度,相位這個概念雖然接觸得並不晚,比如高中物理中的干涉,但其實它在量子力學中也處於核心的位置,比如AB效應、Berry相。所以,關於相速度,我也沒有什麼通俗易懂的解釋。

3.不能超過光速中的光速指的是真空光速,而介質中的光速是可以被超過的。（有趣的是裁紙機切紙時的速度就超越光速了）

4.以往認為既然能量的傳播速度不能超光速,那麼自然,信息的傳播速度也不能。但這個事情現在似乎有轉機,有個現象叫量子糾纏(Entangle)。諸位如果感興趣可以去了解一下。

感謝收看，如有問題請在評論指出，謝謝！

哦，這個問題似乎有點兒怪異。首先需要澄清速度與光速的概念。這裡的光速應該是指光在真空中的速度，速度應該是指物質或能量在空間中的絕對運動（傳播）速度。

對於光的研究曾經有粒子說與波動說兩種理論，然後統一為波粒二象性。由於光本身的特殊性，作為粒子的話無法測量其質量，作為波的話無法找到其傳播介質，同時又「沒有發現任何比光傳播更快的現象」。注意這裡不是物質，是現象。因此通過一系列已知的物理定理，愛因斯坦推導出了著名的質能方程，用於揭示光的性質。

不喜歡長篇大論，列舉推導過程的實際就是簡單的抄，這些資料都能找到。

不過需要注意的是，目前這類科學理論並不是「蓋棺定論」，它們大多建立在觀測結果上，由於其現象處於人類認知的邊緣，並不能完全肯定真實反應物質世界的真相，只是在我們目前的認知能力下以及實踐活動中被認為是合乎邏輯的，是自洽的。

光的本質與物質世界的構成有著非常緊密的聯繫，實際上它是集宇宙中各種物質能量為大成的表現，可以說，如果能真正認識到光的本質，我們就離這個宇宙的終極真理不遠了。

通過哲學的因果規律認識到的，因在前果在後。超過光速就會顛倒因果，不過時間之箭如果真的能轉向就會超光速。

通過麥克斯韋電磁理論得到光速c是一個常數開始啊。

在此之前，所有的速度都必須有參照物才能確定，但是麥克斯韋的結論告訴你，光速就是這麼大，無論你選什麼參照物。

比方說，當你以0.5c的速度與一個速度是c的物體相同方向運動的時候，它相對你的速度是多少呢？不是c-0.5c=0.5c噢，而是根據麥克斯韋理論，它相對你還是c，所以就有人意識到了以往的長度、時間、相對速度以及由此外延的力學體系都將因為這個現象而必須被重建，於是就有了狹義相對論。狹義相對論幾個基礎公式的推理過程並不難，有高中物理知識可以參考資料自行推導，然後你就發現你會經常得到√1-v2/c2這個代數式，也就自然證明了自然界速度無法超過光速。

通俗點講的話，光速如果永恆不變，那麼也就相當於限定了這個宇宙的速度極限。題主可以發揮想像力感受一下這個道理。

當物體運動速度達到光速物體質量無限大，時間停止。

一個超常運動下的物體是在本質性的改變，所以說光速到底是否是屬於速度?

E=MC^2

這是一個質量方程

C是光速：299 792 458M/s

可以簡單算一下.......

就知道這個能量消耗是無法達到.....