人類對于速度的認知随着科技的發展在不斷刷新，古代時人們發現駕駛載具出行要比步行快得多，所以出現了馬車、驢車等代步工具。戰場上的将軍更是以擁有一匹跑速極快的寶馬為驕傲，可以說“馬”在曆史當中留下了濃墨重彩的一筆，不論是中國名将的戰馬還是西方出現的騎士都體現出了馬的重要性。而馬為何能成為人類重點飼養的動物，究其原因在它的速度。

科技出現萌芽并有所發展之後，人們發現蒸汽機等工業革命産物能催生速度更快的載具，火車、汽車、飛機的出現颠覆了人們以往對速度的認知。

蒸汽機工作示意圖

到了近現代則更為明顯，比如高鐵使得原來需要走十幾個小時的旅程驟然縮短至幾個小時内，減少的速度甚至是以倍計的。火箭、衛星的發射比高鐵更快，我們好像從字面上都無法體會那種“高速”的狀态了。

而目前人類發現最快的速度就是光速，它也常常被我們當作觀測宇宙的距離尺度，畢竟在宇宙當中就使用現在地球最快的機械速度作為數據，那個數字也是龐大到寫不下的。所以光速就是已知的極限速度嗎？

火箭的速度非常快

人類作為一種生來富有想象力又十分浪漫的生物，通常會将一些晦澀難懂的物理或數學常量、模型加在話語中，比如情書中常常會寫到，愛你到天荒地老、想要以光速抵達你身邊等等語句，因此我們好像經常會見到“光速”這個詞，但是除了知道它是目前宇宙最快速度之外好像也不了解别的，那麼光速到底是什麼呢？

光速實質上是物理學當中常用到的一個詞語，它指的是電磁波或者光波在真空或者介質當中的傳播速度。大家都知道，宇宙中的環境是近乎于真空的，光速在這種真空環境下傳播的速度很快。

可以達到299792.458km/s，一般四舍五入為30萬公裡每秒，這一數值也是目前已知的最快速度。

光速主題圖片

所以我們在統計宇宙中天體之間的距離時，一般都會使用到“光年”，光年這一詞表面上看像是時間，實際代表的卻是速度。

科學家認為光速本身與觀測者對于光源的運動速度無關，簡言之在光源靜止的情況下，不論怎樣觀測得到的光速都是相同的。而物體質量和運動速度呈現正相關的趨勢，所以當一個物體運動速度和光速接近時，它的動質量将接近無窮大。

聽到“無窮”這一沒有具體數據可以描述的詞語時，想必大家已經知道了隻有質量為0的物體才能達到光速，顯然這種物體是不存在的。

統計宇宙中天體之間的距離時人們會使用“光年”

最早意識到光速存在的人是伽利略，沒錯，這位偉大的科學家不僅是第一個将望遠鏡瞄準宇宙觀測到銀河的人，同時也是全世界第一個測量光速的人。這項實驗在1607年進行，不過開燈、看表的簡易實驗操作使得他并未測量出光速，但是卻有力地反駁了“光速無窮大”理論，使得光速從一個人類無法想象的量變成了可以通過速度公式計算分析的“有限數字”。

我們人類作為一種有質量的生物，想要達到光速顯然是不可能的，因此隻能借助外力工具，就如文章開篇所說的各式因時而生的“新型”載具。

伽利略是第一個測量光速的人

人類是否能創造出“光速飛船”是我們能否飛出太陽系探索宇宙的關鍵，但是顯然在目前的光速極限的理論當中，這種飛船是不太可能出現的。

值得一提的是光速在有介質的情況下，比如玻璃和水中，會明顯降低。

光在介質中的傳播速度和真空速度進行對比後會産生“折射率”，我們經常會在宇宙當中觀測到好幾個一模一樣的星系，正是以這一折射率為基礎，這種現象叫做“引力透鏡效應”，是愛因斯坦的著名理論之一。

光速主題圖片

我們對光速的認知大都來源于愛因斯坦的相對論，事實上光速确實在相對論當中起到了關鍵的作用，甚至可以說是基礎。

在20世紀愛因斯坦狹義相對論中質能等價理論的推論，即著名的方程式E=mc2，意為一切物質都潛藏着質量乘以光速平方的能量。

因此光速在相對論當中是處于核心地位的，它的作用主要體現在兩個方面。首先就是光速的出現使得空間和時間變成了可以進行測量的量，過去人們對時間的認識是通常認為它代表着過去和未來，我們很難說清楚“時間”到底是什麼。

光速模拟圖

但是光速将時間具象化地展示在了我們面前，甚至在高維空間中我們猜不透的“時間”早已變成了一個和長寬高一樣可以明确說出的常量。在相對論當中愛因斯坦就通過規定真空中光速的各向同性，校準了不同兩地的時鐘。

在這一系列的假定之後，它将光速、時間和空間放進了一個可以确定的完整體系當中，在這裡面各個空間的時間都是統一的。

這就是我們現在常常會使用時間的度量來計算空間距離的原因，不過經常會有人提出“光年”這種詞看上去明明是時間卻要用來表示距離的疑惑，是尚未體悟到相對論當中“光速”真正起到的作用是什麼。

人類現在會使用時間的度量來計算空間距離

第二個方面就是我們最為熟悉的“光速不變原理”了，光速不變原理指的是真空中的光速與光源、觀測者、運動速度大小等因素都無關，這就意味着它在各種慣性系當中的速度是絕對不變的。通過這一原理可以推導出，慣性系中兩地同時發生的事件實質上并不是“同時”發生的。

這就是所謂的“同時相對性”，我們隻有在充分領悟同時相對性之後才能理解相對論到底說的是什麼。

總的來說愛因斯坦的相對論可謂是為我們構建起了現代物理學的大樓，那麼作為其中重要元素的“光速概念”其作用更是不用說，因此光速現在是物理學當中經常出現的一個物理常量，從400多年前人們覺得光速是無限的到它能成為一個确定的值，還是經曆了漫長的時間。

光速模拟圖

從前文我們知道了第一個測量光速的人正是伽利略，但是他的測量手段過于簡易，并未測出有效的數值。人們發現在地面上測量光速的方法十分複雜，相反在宇宙當中更容易測量光速，畢竟是處于真空環境的。

丹麥天文學家羅默正是發現了這一點，于是使用“天文法”來測量光速，他在17世紀時通過觀測木星的一顆衛星，發現這種衛星被木星掩食的時間是有規律的，以此推斷出光速是有限的。他在1676年9月預言木衛蝕将推遲十分鐘的理論，最終得到了證實。

伽利略是第一個測量光速的人

著名科學家惠更斯通過計算得出了科學史上第一個光速值為214000km/s。法國的物理學家斐索則通過設計一種特殊裝置“旋轉齒輪”，在地面上測量出了光速的數值。地面測量的實驗相較于天文法測量遲了近200年，于1849年實施。不過他的實驗結果同樣有偏差，計算出來的數值為315300km/s。

美國的科學家邁克耳孫結合了前文中提到的地面測量優點，設計出了地面測量光速的新型儀器“旋轉八角棱鏡”，他通過這一方法測定光速的數值為299796km/s。

惠更斯像

這一數值在當時被公然為光速的确定值，他本人也因此獲得了1907年的諾貝爾物理學獎，并且這一數值也為後來相對論的産生打下了堅實的基礎。

光速現在作為宇宙當中的速度上限經常被應用于各個領域當中，可以看出上限這個詞表明它确實是我們已知當中最快的速度了。除了前文中提到的光速與相對論之間緊密的聯系以外，光速作為一種基本常量也出現在後世的諸多“新理論”當中，當然“達到光速”和“超越光速”也成為了人類的夢想。

邁克耳孫像

科學并非是亘古不變的，我們在不斷推翻和完善前一理論的基礎上，才會得到“宇宙的真理”。所以雖然從現在人們的觀測來看，光速是宇宙中最快的速度，但是經過微觀物理學的研究和發展，也有科學家指出“量子糾纏”的速度将比光速還要快。

量子糾纏是指在量子力學中，幾個例子互相作用之後，其擁有的個體特性轉化為了整體性質。根據物理學教授傑拉德·克利弗爾的言論來看，量子糾纏當中，信息的傳播速度比光速要快，其速度甚至達到了光速的1萬倍左右，這也被稱為是超光速的存在。

假如未來人類的科技可以利用量子糾纏的相關原理進行星際旅行，那麼再廣袤的空間都不足為懼，它能使我們在有限的壽命當中跨越更大的空間尺度，飛出太陽系甚至銀河系都會變得十分簡單。

量子力學對人類研究宇宙具有很大的意義

可以說雖然光速是目前已知的最快速度，但是人們認為宇宙中一定存在着比它更快的速度，這一點正是基于我們對黑洞的發現。人類通過不斷地觀測和研究發現，速度如此快的光都無法逃過黑洞的控制，而我們對于黑洞内部的情況了解實在是知之甚少，所以在黑洞當中是否有“超光速”的存在，尚無定論。

相信随着科技的發展，速度的極限會不斷刷新，所有看似“無限”的東西都會在未來變得可以具象化。實際上不少科學家認為，假如我們跳脫出三維達到四維或者更高維的空間，一切問題和疑惑就全部迎刃而解了，我們之所以無法确定宇宙的基本規律，完全是三維的固有認知限制了我們的思維。

黑洞想象圖

說到這裡，相信大家對于光速都有了更加清晰地認知，但是顯然其中的公式和理論對于我們這種普通人而言還是很難理解的，許多專業性很強的概念确實需要有一定的知識儲備才能理解。

這大概就是物理學家在我們眼中總是以“神人”或者“瘋子”的形象出現的原因吧，他們能在這些交錯複雜的概念當中找到一個公式甚至是一個定量，确實是一件很厲害的事情。感覺物理學家眼中的世界與我們不同，他們總是能透過一個簡單的現象看到宇宙的某一處。

光速主題圖片

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