你知道为什么光速不可被超越吗?真实答案可能会颠覆你对物理学的认知。事实上我们从未通过实验证实光速不可被超越,也从未真正测量到光速的真实数值,这一切都只是科学家在物理和数学中的设定。也就是说,如果没有那些强制设定,我们对宇宙规则的理解无限接近于零。比如在任何不同的参考系下看到的光速是恒定的,我们通过麦克斯韦方程组和实验,只证实了电磁波等能量波速度与光速一致,并未证实光速不可被超越。那么,为什么要设定光速恒定呢?

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光速从未被真正测量,你没看错。从最古老的方法到现在最先进的方法,我们测量光速都是光来回速度的平均值。比如美国登月时放置在月面的反射镜,我们可以通过发射激光的方式测量地月距离,同样也可以根据地月距离测量光速。但是,我们所测量的光速是光从地球到月球,再从月球反射回地球后的平均值。我们没有任何办法测量光的单程速度,因为我们无法同步地球和月球的时间。可能你认为光发射出去再反射回来的速度都一样,实际上我们并没有任何实验数据能证实这个结论,并且我们可能永远都无法测量单程光速。所以我们定义双程光速的平均值为光速的标准值。那么光速恒定又是什么意思呢?光速恒定的意思并不是说光速不变,因为在不同介质中光速的数值并不一样。

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光速恒定的意思是说,当我们在一个参考系中看到了光速移动的物体,当我们更换一个参考系时,就算这个参考系本身也正以一定的速度移动,我们看到的物体速度也仍是光速。在光速层面上,光速并不会与其它速度叠加或者削减。但会让你颠覆认知的是,光速恒定的设定是因为我们并没有找到超越光速的方法,并且我们只能证明静质量为零的光子和一些没有静质量的能量波以光速传播。也就是说,光速到底能否被超越,超过光速会不会引起时间倒流都仍是未知的。

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根据狭义相对论中的两条基本原理,所有的物理规律,在任何惯性系下,保持不变,称为相对性原理。而光在真空中的传播速度恒定不变,称为光速不变原理。那为什么要这样设定呢?这是因为等效原理的限制,在没有受到外力影响时,所有惯性参考系中的物理结果都应该是一致的,所以光速必须恒定才能满足等效原理。并且根据时间膨胀方程,如果更换惯性参考系会导致光速被超越,那么信息传播速度就会在不超过光速的情况下,只需要更改参考系就会发生时间倒流而影响因果。所以哪怕根据因果论来说,光速都必须是一个恒定值,并且在任何惯性参考系下必须是一个恒定值,否则我们构建的物理学就会崩塌。