戴夫·戈德堡+曲樂

如果你正以光速行駛，并開啟汽車大燈，大燈的速度是不是就超過了光速？答案是：不可能！物理學知識告訴我們，我們的速度永遠只能限于亞光速以內(nèi)，所以還是不要嘗試了。

物理學家對這個問題的態(tài)度招來一片質(zhì)疑的聲音。難道是我們的思想太過保守嗎？總有一些人不顧早已存在的證據(jù)，對愛因斯坦的質(zhì)能方程式表示懷疑。例如，核武器和核能的出現(xiàn)已經(jīng)證明了愛因斯坦是正確的，但直到現(xiàn)在，我還是每隔幾周就能收到有人寄來的詳細手稿，斷言質(zhì)能方程式E=mc2是錯誤的。

在這里我不想贅述，只想給出一些觀察結(jié)果，希望足以說明問題。狹義相對論預(yù)測，如果你給一個大質(zhì)量粒子持續(xù)的力，它將運動得越來越快，最終慢慢接近光速，卻永遠不可能超越光速。例如，大型強子對撞機現(xiàn)在已經(jīng)成功地將質(zhì)子束加速到3.5萬億電子伏特，這意味著質(zhì)子束的運動速度可以達到99.999994%的光速。當大型強子對撞機全功率工作時（能量是7萬億電子伏特），質(zhì)子束將運動得更快，但即使這樣，它也不可能超越光速?！斑_到光速”和“無限接近光速”之間的差別似乎只是學術(shù)上的事，卻產(chǎn)生了巨大的影響。

我們需要接受“或許我們錯了”這樣的可能性，但在這件事情上，有太多的證據(jù)證明我們并沒有錯。如果狹義相對論是錯誤的，粒子對撞機就不可能工作。同樣，全球定位系統(tǒng)也不能工作。1887年，邁克爾遜和莫雷通過實驗發(fā)現(xiàn)，對處于運動中的觀察者來說，光是以同樣的速度傳播的。如果狹義相對論是錯誤的，那么這個實驗結(jié)果就講不通了。所有近代物理學（和技術(shù)）都是建立在狹義相對論基礎(chǔ)之上的，到目前為止，一切實驗都證明它是非常準確的。換言之，如果你試圖證明愛因斯坦是錯誤的，就必須克服巨大的障礙。

人們之所以對相對論產(chǎn)生這么大的困惑，部分原因是它存在于我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｈ绻艺驹谝粋€以每小時96千米的速度行駛的車廂里，以每小時144千米的速度向前拋棒球，那么在站在軌道旁邊的人的眼里，這個棒球的運動速度是每小時240千米。表面上看來，這個邏輯似乎同樣適用于光速，其實不然。

當你的運動速度接近光速時，就會發(fā)生奇怪的事情。而當你意識到中學物理老師欺騙了你（或許他們并非故意為之）的時候，會感到更加詫異。你們之中應(yīng)該有很多科幻迷，或者至少都曾經(jīng)學過牛頓的力學方程：F=ma?，F(xiàn)在我們來解釋一下這個方程，如果你給一個粒子持續(xù)的力，那么它將不斷地做加速運動。讓我們做一下極限假設(shè)：如果這個力持續(xù)足夠長的時間，那么粒子就會一直加速，最終它的速度應(yīng)該能超過光速。但事實并不是這樣！牛頓的力學方程（至少就書面公式而言）是錯誤的。

那么，如果你的行駛速度接近光速，并開啟汽車大燈，會發(fā)生什么呢？從你的角度來說，什么都不會發(fā)生，或者至少不會發(fā)生什么特殊的事情。如果你的面前有一面鏡子，鏡中的你看起來還和以前一模一樣。事實上，狹義相對論的神奇之處就在于，如果不看旁邊的風景，你根本感覺不到自己在運動。

但在旁邊靜止的觀察者的眼里，一切都非?？?。他們會覺得整個跑車（或是船只，或是任何以99%的光速行駛的交通工具）沿著運動方向收縮了。如果此刻你恰好站著，看起來你就像失重了似的，并且身體像是被巨石壓扁了一樣。

他們還會發(fā)現(xiàn)，你的鐘表、心跳、語速、電腦運行都變慢了。的確是這樣，但在日常生活中無法察覺。因為在通常情況下，地球上的這種影響效果大約是千萬億分之一；但在99%的光速下，你看起來只以原來速度的1/7在運動。在長度收縮和時間膨脹的共同作用下（基于數(shù)學的必要性），站在旁邊的觀察者會覺得你的燈光的運動速度達到了光速。同樣，就像你站在火車上向外拋棒球會使棒球的能量增加（當然，你不能隨便這樣做）一樣，燈光的能量也會增加。區(qū)別就在于，燈光的運動速度不會增加，只是看起來顏色更深了。在這種情況下，增加的能量轉(zhuǎn)化成了紫外光。

兩艘宇宙飛船均以99%的光速相向飛行時，會發(fā)生更加奇怪的事情。常識讓我們認為，兩艘飛船的船長會看到對方以超光速的速度飛馳而來。但事實上，因為光速是恒定的，所以所有相對速度都比你想象中的要慢。在這種情形下，兩個船長會看到對方以99.995%的光速飛來。

讓我們回到最初的問題上（順便說一下，這個問題提得非常棒，這也是愛因斯坦年輕時曾經(jīng)提出的問題之一），如果你的運動速度能達到光速，會發(fā)生什么呢？對靜止的觀察者來說，當你的速度越來越接近光速時，時間會變得越來越慢。如果你非要一個答案，那就是，如果你真的達到了光速，時間就會靜止，這也意味著什么事情都不會發(fā)生了。但是這沒有關(guān)系，因為你永遠都不可能達到光速。