首先，问大家一个问题，我们能超越光速吗？
答案是很明确的，不能。当然如果只把这个答案丢给你，你可能觉得不满意，我们应该再详细一点的说说，物理学中有很多我们并不很确定东西，但是有一点没有疑问，在宇宙中的任何东西，包括光本身，它们的速度都不能超越真空中的光速，三十万公里/秒，当然这个数字并不是特别精确。
在日常生活里，这个速度的极限是存在的，这是一条没法打破的规律，一个恒久的提示。尽管宇宙里被稀奇古怪的事情所充满，但在这里有些事你的确无法做到，这个速度的极限是真实存在的，这点没有疑问。描述这极限的理论，爱因斯坦的相对论，在非常高的精确度上已经得到了反复的验证。“光速不可能超越”作为一条原理，已经渗透进了现代物理的很多细节里。如果这个极限并不属实，我们应该早就察觉到了，因为光速极限不仅仅是一个现象，而且是作为一个理论的基础和很多其他复杂的理论，以及实验的结果交织和嵌套到一起。若是这个结果出了问题，那么其他的理论，包括一些实验的结果也一定会出问题，而我们在非常高的精确度上并没有看到其他的问题，所以无论你做什么，你都不可能跑得比真空中的光还快。这是我们宇宙的一个奇特之处，我们将看到这个速度极限会引出各种奇怪的结果，它不仅会妨碍宇宙中不同位置人的沟通，还会让人们对事情发生的先后顺序达不到一致的结果。而且虽然这个速度极限已经在现代物理中打下了深刻的烙印，但是还是有一些相关的谜团困扰着物理学家，比如说：这个速度极限是怎么来的？为什么是每秒三十万公里？这个上限会不会变化？今天我们就来聊一聊这个宇宙中的谜团之一。
爱因斯坦在相对论中引入宇宙最大速度这个概念可不是凭空说说的，为什么宇宙应该有速度极限？为什么你不能随便跳上一枚火箭，点火、起飞然后一路不停地加速，以疯狂的速度穿过星系？如果宇宙空间是空的，那到底是什么在阻拦你，使你无法想飞多快就飞多快。对于一个普通人来说，可能你告诉他宇宙有一个速度极限，他就说“好吧，我知道了”，也不会深究什么。但是对于我们这些天文爱好者来说，光知道这个答案肯定还是不够的，我们还是想抬一抬杠，到底是为什么？
在直觉上我们认为宇宙空间空空如也，所以在宇宙中行进的人应该可以不断加速，这种认知正是问题的所在。前面我们聊空间的时候也说了，空间并不是一个空空的舞台，你不可以“嗖”的一下就飞进去。空间它是一个东西，它会弯曲、它会拉伸，也会产生涟漪，如果你以不负责任的速度横冲直撞，他还会发脾气。事实上，正是宇宙的速度极限给了物理学家一个启示，他们认识到空间并不是完全空无一物的。如果你能换个角度看待空间，不把它看成空，而是一个东西，这样任何其他的东西在这个东西里有速度极限，是不是就能稍微好理解一点了？那么关于这个速度的极限，我们知道什么呢？
首先他不会直接阻止你加速，就算你试图超过光速，你也不会突然撞到墙上，你的飞船引擎也不会突然爆炸。如果你有一艘飞船，那么你把油门踩到底之后会发生这样的事，你会花非常非常长的时间才能接近光速。即使你有十个g，也就是通过十倍的引力，得到了大约一百米每平方秒的加速度，达到了顶级战斗机飞行员能承受的最大限度。那你也需要花费几个月的时间才能接近三十万公里每秒。在加速的期间，你会被挤在椅背上动弹不得，加速了很长时间以后，你依然不会飞得比光速更快。事情就是这样，这里没有什么戏剧性的变化，你就是永远也达不到光速，你会越来越快，但是在某个时刻，你会发现加速变得越来越困难，无论你多使劲儿踩油门儿，无论你踩多久，你也永远达不到或者超过三十万公里每秒，在数学上有极限这么一个概念可以帮助你理解。
你想象一下，一加二分之一、加四分之一、加八分之一，这样无穷无尽的加下去，最终会得到一个什么样的结果？如果你没有学过数学中的极限，你可能会想当然地说，既然是无穷无尽的加下去，那最后肯定是能得到无限大。但事实却不是这样的，一加上二分之一加四分之一加八分之一，这样无穷无尽的加下去，最终的结果会无限接近于一，但是永远也达不到一。那么你在宇宙飞船中踩下油门不停地加速，面对的就是这么样一个情况，你会不停地接近光速，但是永远也达不到光速。宇宙有一个速度极限，这件事你细想想还真的挺奇怪的，想象一下，即便没有其他任何力施加在你身上，也会有什么东西阻止你跑得更快，这个是一个嵌入时空构造的渐进的极限，当你走过门厅或者开车上路的时候，其实它也在起作用。这种效应在速度比较低的时候其实是同样存在的，虽然在低速的时候他很不明显、几乎可以完全忽略，但是它确实存在。
这意味着相对论并不仅仅在接近光速的时候生效，他其实一直在妨碍你的运动，如果你想超越光速，时空本身就会弯曲，宇宙的速度上限不是一个简单的上界或者天花顶，他就好像是以一种扭曲的方式在起作用，它是时空性质的一部分。这就好像在常规的状态下，水在降至零度的时候会结冰，这个是水本身的一个属性。如果你非要说我就要拿到一碗零下四百摄氏度的水，你是拿不到的，这个是水的固有特性。反过来说，当你要超越光速的时候，就一定要说在什么地方超越光速，是在我们这个宇宙的空间里吗？那不好意思，我们这个宇宙的空间呈现给你的一个基本属性，就是它内部不允许超越光速。如果你非要一团内部允许超过光速的空间，这个宇宙是不能提供给你的。
这一点说到这儿，你大概会想，那好吧，就算我们不能跑得比光速还快，这又有什么呢？当然了，三十万公里每秒的速度极限不会真的影响我们的日常生活，但是它会对我们的宇宙观产生深远的影响。我们曾经坚信时间也就是事件发生的顺序，对每个地方、每个人来说都是一样的。可是当我们知道光速极限之后，就必须放弃这个观念了。讲道理的人都会认为已经发生的事当然就发生过了，在能够给出证据的时候，我们通常可以就一件事是否发生了得出一致的结论。但是这个宇宙其实不是这样的，对不同的人来说，事件发生的顺序可能完全不一样，这一切都归因于宇宙速度的极限。
为了真正理解宇宙中的速度极限为什么能引发这么奇怪的事，我们可以想象这样一种情况，你养了一只宠物仓鼠，然后你给他买了两个手电筒。现在假设这个仓鼠把手电筒分别指向它的两侧，而且同时打开。我们思考一个非常简单的问题，手电发出的光子飞得有多快呢？当然很简单了，答案就是光速c，每个光子将向不同的方向以光速发出去。如果你的仓鼠懂得测量这些光子相对地面的运动，那他就会发现他们的速度当然就是光速了，到这里还没有任何争议。
接下来我们稍微开一点脑洞，假设仓鼠站在一个叫做地球的巨大岩石球上，并且随之在宇宙空间中飞速运动，而你没有在地球上，你漂浮在宇宙的空间里，穿着太空服，看着地球在你眼前向右行进，上面载着你的仓鼠，而他正拿着两支光子发射器，也就是手电筒。所以你会看到地球以速度v向右移动，那么在你的视角，你看到的两束光子在以多快的速度运动？如果光子是与光速相对于你的仓鼠在运动，而你正在看着他从你眼前经过，那你的直觉会让你把两个速度相加。你会想，这个右侧的光子的速度应该是c，也就是光速加上v，这个v就是地球移动的速度，而左侧光子的速度应该是c减去v。
但是如果c是光速，那是否意味着你将看到一束光子飞得比光还快，而另一束光子比光速还慢呢？不会的，没有什么东西能比光速还快，连光本身都不能。所以到底发生了什么呢？你先想想，和地球以相同方向运动的光子，也就是右边的那束光，直觉告诉你，这个光子应该运动的比光速还快，但是光速是不可以超越的。事实上你还是会看到这边的光子以光速发射出去，这之所以奇怪，因为你的仓鼠也会看到光子以光速离开它，尽管你和仓鼠的速度是不一样的。那这个岂不是很违背逻辑和道理吗？其实真正被颠覆的是我们的预期，我们以为所有人看到的东西都一样，我们没法回避这个事实，这个奇怪的宇宙中，存在着一些反直觉的现象。
向左运动的光子也很奇怪，你大概会以为这些光子会比光速慢，也就是c减去v，因为这些光子从地球上发出去，而地球在向右运动。但是像光子这样没有质量的粒子，它具有另外一个奇怪的特性，在真空中，他们总是以宇宙所允许的最大速度运动，永远也不会慢下来。所以光总是以光速运动，无论是谁来测量它，也不管测量者运动的有多快。这意味着当你飘在太空中，看着地球从身边飞过的时候，你将看到那两束光子以相对你分毫不差的光速运动，而在地球上的仓鼠也将看到两束光子，相对它以光速运动。
那么关于宇宙的速度极限还有一件让人兴奋的事，它是对物体之间的相对速度有效，而不是对绝对速度有效。这是因为在宇宙中根本不存在什么绝对速度。有人或许认为漂浮在太空里是一个很特别的情况，因此你有权判定运动速度的快慢。但是实际上你和地球也在相对于某些东西，比如说太阳、或者是银河系的中心、星系团的中心，在相对这些东西运动，即使真的存在这么一个宇宙中心，又有谁知道你相对于它的真实速度是多少呢？绝对速度其实没有什么意义。宇宙的速度极限说明任何东西，在任何情况不会比光速快，这个就是事情的奇怪之处。
回到我们刚才的例子中，仓鼠相对于你在运动，但是你和你的仓鼠都会看到光以同样的速度从手电筒发出去，这已经很奇怪了。那假设仓鼠的两边各有一个靶子，那么哪只手电筒发出的光子会先击中靶子呢？你的仓鼠看到它发出去的光子在以各自的方向、以相同的速度运动，而且两个靶子和他的距离都相等。因此如果你问它这个问题，那么它会说那些光子同时击中了靶子，但是你看到的不一样，你看到的两束光子是以相对于你的光速离开手电筒，但是你同时也看到仓鼠、还有地球上的靶子在一起运动。所以当光子向各自的靶子飞过去的时候，你会看到其中一个靶子它是向着光子运动的，而另外一个靶子正在向远离光子的方向运动，结果就是你将会看到一侧的光子，比另外一侧的光子先击中了靶子。换句话说，你和你的仓鼠看到了事件完全不同的结果，他看到光子同时击中两个靶子，而你看到了光子先击中其中一个靶子，神奇的是你们两个还都是对的。
在这里我们只说了两个主题，如果再加进一个角色来，事情还会更奇怪。比如此时你和你的仓鼠正在感受宇宙的神奇，而你的猫正坐着宇宙飞船飞过地球，它返回的方向和地球相对于你的方向是一样的，也就是都向右运动，但是它的速度比地球还快。所以当这只猫从它的飞船向外看的时候，它会看到仓鼠和地球相对于它的飞船向左运动，那么在这只猫的眼里，仓鼠的光子同样是以光速运动的，因为他也必须遵循宇宙的速度极限，但是他会看到右边的光子先击中了靶子。
现在我们就得到了三个互相冲突的报告，仓鼠看到光子同时击中靶子，你看到左边的靶子先被击中，而你的猫看到右面的靶子先被击中，而你们全都是对的。我们不仅要接受宇宙的速度上限，还要放弃旧的观点。我们不能再认为任何地方的、任何人而言事情都是同时发生的，我们甚至不能再假设自己能够对宇宙中发生的事情进行统一的描述，尽管这貌似非常的合理。一切都取决于你问的是哪个人，他以什么速度在运动，而这里说的速度都不是绝对速度，而是相对速度，所有这些都应该使你立刻警惕起来，这意味着在宇宙中的事件没有绝对的先后，两个诚实的人会对发生的事情进行各不相同，但是同样正确的描述。
从另一个角度来想，通过以不同的速度运动，你可以改变事件的顺序。因为你、你的仓鼠和你的猫都在以不同的速度运动，所以你们看到了同一件事以不同的顺序发生，这个违背了直觉。因为我们更喜欢想象宇宙有一个统一的历史，所有的事都有明确的先后次序，但是在我们的宇宙中，这是不可能的，普世的时间和同时性的概念其实都不存在，这就是光对每个人以相同速度运动的结果，这归根结底是因为宇宙存在最大的速度极限。我们能不能重新排列事件的顺序呢？目前最超前的观测者是猫，他看到右边的光子先击中了靶子，那我们可以开一下脑洞，如果猫的飞船真的突破了宇宙的速度极限，那会发生什么事呢？随着猫飞的越来越快，在他眼中，光子从离开手电筒到击中靶子的时间会越来越短，实际上在某个时刻，如果它的速度够快，他就会看到光子在离开手电筒之前就已经击中靶子了。
但是这肯定讲不通，因为这个违背因果律，我们都知道结果是由原因引起的，而不是反过来。在一个没有因果律的宇宙里，生活将变得特别疯狂。在你打开煤气灶之前，水就煮开了，你想想就非常的怪异。在这样一个光怪陆离的宇宙里，你很难理解事情是如何发生的，而且有可能无法建立合理的物理定律。从这一点我们就能得出结论，没有什么东西能跑得比光还快，因为那将破坏因果律，打破因果律，那可不是一件小事！下面我们还是要说回这个速度极限。
我们能从什么原理，以任何讲得通的方法，推出这个速度极限呢？其实简单的答案是这样的，我们没有什么确凿的证据证明宇宙一定有速度极限，但是我们有一个非常好的借口，为了让宇宙有局部的因果可言，速度极限有必要存在，刚才我们的实验里你也看到了，如果我们不给速度设置上限的话，那因果律就出现问题了。那么光速有极限和因果律必须存在，这两件事谁更重要呢？当然是因果律更重要，它的存在似乎是宇宙中一个合理的必要条件，请注意是局部因果律，所谓局部，我们指的是能够影响你的事物的数量，受限于你附近的事物的数量。
如果宇宙中没有速度极限，那么任何地方发生的事都可能立刻影响到你。而在我们真实的宇宙里，只有你周围的事物会马上和你有因果关系。即便现在太阳就爆炸了，我们也需要八分钟之后才会知道，在这八分钟里，没有任何人能以任何方式知道太阳出事儿了。说到这里，我们认为宇宙存在最大的速度是有道理的，这让宇宙有局部和因果可言。但是一个问题的答案会引出另一个更深的问题，那为什么宇宙要有前因后果呢？
我们当然觉得有前因后果的宇宙是合理的，但是我们不能说宇宙就是为了让人脑觉得合理，才特地设计成这样的，讨论宇宙为什么有前因后果，其实已经非常困难了，更不要说得到一个让人满意的答案了。因果律已经深深植入了我们的思维模式，我们不可能简单的跳出去，然后考虑一个没有它的宇宙，我们没法用逻辑和推理来考虑没有逻辑的宇宙，而且科学本身它就是建立在因果律和逻辑之上的，因果律和逻辑其实它们是科学之外的基础。所以这个问题可能根本没法用科学回答，或许我们永远也没法解答他。
这个问题太深了，我们换一个相对来说简单的问题，宇宙的速度极限为什么是这个数值呢？目前没有哪个理论给出答案。一个基于因果律，但光速更快的宇宙，它的局域性会减弱，而一个基于因果律，但是光速比较慢的宇宙，会有更强的局域性。但是那样的宇宙按理来说也不是不能存在在物理学里，光速的值没有道理一定必须是某一个数字，也许我们只是恰好测到了三十万公里每秒，这个数值对我们来说非常快，但是对于星际旅行来说又显得太慢了。看过三体小说的人大概都知道，在第三部里就有一个科幻的点子，说的就是把太阳系里面的光速上限设置得非常低，比如说十米每秒，这样太阳系就有了非常非常强的局限性，人类就根本不可能飞出太阳系了。
目前我们不知道速度极限为什么是这个数值，但是我们也可以进行一些猜测，也许这个就是唯一可能的值。这个光速隐藏着和时空有关的宇宙本质，比如如果时空真的是量子化的，那么也许光速就源自于时空相邻节点的信息传递方式，吉他弦的粗细和拉紧的程度决定了波沿着弦传播的速度，而光速的情况可能也与之相似。也许某一天，我们发现时空的统一理论，从中找到光和信息以特定速度传播的原因，由此就能解答所有的问题。还有另外一种可能就是光速的数值只是零和无穷大之间的正数，没有特定的值。光速为零对应着没有相互作用的宇宙，而光速无穷大就对应着非局部的宇宙。如果宇宙的速度极限可以是任意正数，那为什么是这个呢？
也许这个光速不是普适的，它只在我们这部分宇宙有效，是由宇宙大爆炸结束之后时空凝结的方式造成的。或许在宇宙的不同区域，光速由随机的量子力学过程决定，也就是说宇宙的其他部分有着完全不同的光速值。说到这个猜想，我给大家推荐一套科幻小说，它是美国的科幻作家弗诺·文奇写的银河界区三部曲。里面就有一个特别大胆的设想，就是宇宙分为三个界区，这三个界区的光速是不一样的，分别是正常的光速，也就是我们所在的这个区域。比这个界区更高的界区，它的光速也有一个特定的数值，只不过这个数值比每秒三十万公里要大很多很多，最高的街区光速就是无限的。在小说里作者打了个比方，这三个界区就好比我们地球上的天空、海洋，还有深不可测的海底。高光速界区的人如果一不小心到了我们所在的这个界区，小说里叫做爬行区，一不小心跌进来对他们来说就是一件特别可怕的事。本来他们可以花几天的时间就穿越一个星系，但是如果一不小心掉入了爬行区，就要几个世纪、甚至几千年来跨越一个星系。整套小说就基于这个宏大的构想，构建出三个界区里的很多的世界。
话题还是回到我们关于光速的故事来，既然我们不清楚光速为什么是现在这个样子，那我们怎么知道他将来会不会变化呢？我们又怎么知道他以前是不是和现在一样呢？我们不能通过穿越时空来验证事实，但是宇宙已经给了我们一间漂亮的古代天文博物馆，也就是夜空。当我们展望夜空的时候，我们看到的不是正在发生的事，而是过去发生的事。一个物体离得越远，他的光就要花越长的时间来到我们这里，我们看到的也就越古老。通过观察离我们更远的物体，我们能够探测过去，在观察天体绕行、碰撞和爆发的时候，天文学家发现遥远的星星并没有突破宇宙速度极限的迹象。这个说的是过去，而反过来，正确预言未来是非常困难的。
我们可以基于一百四十亿年的历史大胆预测未来，这个看来可靠，但是隐含了一个前提，那就是宇宙在过去和将来一直会以同样的方式运转，这一点其实纯粹是个假设。我们知道宇宙在过去曾经有过截然不同的好几个时期，比如说大爆炸之前的时期、大爆炸暴涨的时期，以及当前我们所在的膨胀时期，我们哪里有信心说宇宙未来不会改变的？但是正如我们前面说的，逻辑是科学的基础一样，相信宇宙未来还是以这样的状态运行，也是一个科学的基本信念。如果我们非要说宇宙明天就可能不是这个样子了，光速会变，空间的性质也会变，那我们的科学就无从谈起了。
那么谈到光速就不得不谈光速旅行了，最后我们来聊聊这个话题。光速旅行是一个引人入胜的可能性，这是因为人类有探索宇宙的愿望，登陆未知的星球、访问遥远的恒星，甚至和外星人会一次面，没有人会拒绝这种机会。如果你也想跳上一艘宇宙飞船，去访问其他的星系，那宇宙有速度极限，这件事会让你非常的伤心，毕竟最近的恒星离太阳系也有四光年那么远。但是我们也许问错了问题，与其问我们能跑得比光还快吗，不如问我们能在一个合乎情理的时间范围内，飞到遥远的恒星上去吗？这两个问题其实不是等价的，光速是你在空间中飞行的最快速度，我们前面讲了，空间并不是一个抽象的背景幕布，它是一个动态的物质，它本身是可以膨胀和收缩的。那么关键就来了，如果能挤压我们和遥远星球之间的空间，我们就可以在合理的时间内到达那里，而不需要在太空中飞得特别快，这一点能够实现吗？
这个想法也许还挺靠谱，我们还不太了解时空的本质，但是我们知道它能够被扭曲或者压缩。遗憾的是这样做需要巨大的能量，要达到通过压缩空间飞往远处的宇宙飞船这个目的，将要消耗巨大的、不切实际的能量。另外还有一种缩短旅途的方法，就是利用虫洞，在合适的环境里，宇宙两处距离非常远的地方可以有一个虫洞连接，这样一来你就可以通过它从这里走到那里。在科幻小说里，人们穿越虫洞的时候总会看到疯狂闪动的光线，听到巨大而沉闷的响声，事实上没有人知道穿越虫洞是怎样的过程，也许他和穿过一道门没有什么太大的区别。如果空间不止三维，那么有些地方也许只在三维空间里非常遥远，但是在其他维度里却是相邻的。如果宇宙的空间像是一卷卷起来的卫生纸，那么空间就是一层叠着一层的，我们沿着这张纸觉得很远，但是如果有一个虫洞能够贯穿这卷卫生纸，那么在层和层之间本来很遥远的距离就能一下子变得非常的近。
这个听起来或许有些异想天开，但是实际上不和当前的任何物理定律起冲突，遗憾的是，至今所有的计算都指向了虫洞的不稳定性，它们可能会在瞬间坍缩。另外，因为我们不是超然于这卷卫生纸之外，而是生活在纸片上面，所以我们不知道如何建成虫洞，更不知道会通向哪里。这就好像你在北京随便上了一辆陌生人的车，却指望他一定会拉你去上海一样。聊到这里可能就有点失望了，本来可以幻想超光速旅行，却在最后被浇了一盆冷水。
让我们先把实际需要考虑的问题放到一边儿，让这些烦人的细节不去干扰我们的星际旅行计划。压缩空间或者穿越虫洞是极大的挑战，但是我们依然可以鼓起勇气，物理学家把星际旅行从完全不可能变成了很难，而且很贵，其实这已经是进步了。对于遥远未来的技术发展预言，可能歪打正着，也可能变成笑话，所以我们不会给出任何预言。但人类从古到今的足迹，似乎暗示了前方的技术奇迹，而且既然没有什么基本的物理法则限制星际旅行，那我们还是可以期待这件事的。
今天咱们通篇都在讲光速的限制，但是这里我们还是要谈一个例外，物理学对极小的东西是非常谨慎的。自然法则在特别小的空间的地方，似乎总是有一些漏洞。如果你是一个关于自然法则的律师，用律师的眼光重读那些法则，你大概会注意到速度极限是说真空中的光速，那这里为什么要说真空中呢？因为光速的大小取决于它的传播介质，像在空气中、玻璃中、水中，光速都是小于真空中的光速的。这是因为光子需要花时间与这些介质里的粒子相互作用，所以它的整体速度会降低。因此如果你问光的速度能不能超越？那么答案没准是可以。这里说的超越并不是说超过每秒三十万公里这个数字，而是说在某些介质里，粒子可以比光子更快，尽管这个速度永远不会高于真空中的光速。
比如说一个高能的缪子就可以比光子更快地穿过一个冰块，严格地来讲，这确实是比光还快的运动。高能的缪子就是有这样一个特性，它在任何介质里都可以接近光速来旅行。这个就会引发一个特别有趣的现象。想象一下，当一艘船在湖面上开得比它产生的水波还快的时候，那些波就叠加到一起，产生了一个爆炸性的轨迹。如果一架飞机飞得比声速还快，那它就会产生音爆。而当一个缪子以比光还快的速度穿过一块冰的时候，会发生什么呢？它会发生光爆，这也被称为切伦科夫辐射。物理学家经常用这种爆炸所产生的暗淡的蓝色光环探测这种粒子，并且测量它们的速度。换句话说，如果整个宇宙或者我们在一个宇宙的局部塞满了冰块，那么从技术上讲，你是有可能比光跑得更快的。当然这里我们并不是超越了真空中的光速，而是通过把光降速来达到这个目的，这个就有点狡猾了。
好了，关于光速咱们就聊这么多，提起光速就经常会引发一些议论，比如经常会有人问，现在我们测到的光速是这样的，你怎么就能确定未来随着技术的提升，我们就是不能超越光速呢？其实要把这个问题说清楚还真的不容易，它涉及到了光这个东西的本质，它本身并不是像一颗子弹一样，从这儿飞到那儿去的一个东西。所以关于它的速度的测量，也根本不是我们想象中那样简单的距离除以时间。今天咱们就聊到这儿，再见。
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