趣谈 | 穿越时空真的存在吗，光速不变原理有多可怕？

人类第一本提出时空穿越的小说是英国作家赫伯特乔治威尔斯所创造的中篇小说——时间机器，首次出版于1895年。这个作品讲述时间旅行者发明了一种机器，其能够在时间维度上任意驰骋于过去和未来，而当它来到未来的时候，闪现在他面前的是一副奇异恐怖的景象。这说明人们对于时空穿梭还是带有一定的恐惧感，而在事实上来说，有这种恐惧感很对，因为提到跟时间相关的东西，那是相当细思极恐，咱们前面说的一个物体的运动速度越快，它的时间流逝速度就会越慢，这句话本身还是没有问题的。

科学家们曾经做过一个实验，那就是让一架飞机升空及飞行方向与地球的自转方向完全相反，而飞行速度约等于地球自转的速度。科学家们在飞机上与地面上各放置了一个铯原子钟，就是一种精确到夸张的计时工具。当一段时间过后飞机落地，飞机上的铯原子钟确实要走得更慢一些，这个时候，可能就有人会产生疑问了，既然一个物体的运动速度越快，确实时间会过得越慢，那当一个物体的速度接近光速的时候，时间不就成功暂停住了吗？而且运动都是有坐标系的呀，你比如说火车的速度是300，而我坐在火车之上，突然向前加速奔跑，相对于地面，我的速度就是300，再加上自己奔跑的速度，这样我的速度就超过了300，光速不也是一样吗？只要一件交通工具达到了光速，跟火车一样，我在上面奔跑。那么我的速度相对于地面来说就已经超越了光速，不是吗？

如果这么想，你就太天真了，细思极恐的世界就此开启。因为在这个宇宙当中有一个客观的现象存在，叫做光速不变。单听名词是不是不明白什么意思，这个现象非常非常的诡异，是一个典型的反逻辑现象，甚至无视了参考系。咱们还是拿刚才的火车举例子，我坐在一个时速300的火车上，旁边有一辆时速310的火车。并驾齐驱，如果我们两个互为参考系的话，那么坐在这辆稍慢火车上的我看到的景象就是旁边这辆速度稍快的火车正以十公里每小时的速度缓慢的超越我。之所以会有这样的现象，是因为参考系不同，但光就不一样，我所坐的这辆稍慢的列车提速了，无限的接近光速，跟光速只有一点点的差距，旁边稍快的火车呢，直接换成了一束光，那么还是以我们彼此作为参考系的话，坐在稍慢火车上的我看到的。应该是什么样的呢？如果按照常理和常识来说，应该是那束光以无限缓慢的速度慢慢的远离，因为我的速度只比他慢一点点呢。

可是事实情况是什么呢？事实情况是这束光转瞬即逝，以每秒30万公里的速度直接超越了我。有些人说，你胡说什么呢？你的速度不是只比他慢一点点吗？对，但这就是一种匪夷所思的客观存在的现象及在任何惯性参考系当中进行观察，光在真空之中的传播速度相当于观测者都是一个常数，不随光源和观测者所在的参考系相对的运动而改变。简单来说，我的速度无限接近光速，一束光迎面向我照来，我和他的相对速度并不是两倍光速，在我的观测之下，他就是正常的光速，而他跟我并驾齐驱，在我的观测看来，他不是比我快一点点，而同样还是正常的光速，是不是反常识又难以理解呢？这个光速不变原理人类是怎么发现的呢？那就是宇宙当中的光，无论离我们多远。至于我们对向而行还是与我们并肩行驶，不管怎么运动，以什么方向到来的光，在地球上观测，其速度都是一个常数，是恒定不变的。

这回你明白为什么我们永远也没有办法超过光速，让时光倒流了吧？既然已经讲到这儿了，那我就更加深入一点，给你讲一个更加令人毛骨悚然的科学猜想。耐心听完这一段，知识同样很颠覆。首先来说，光同样是一种波，他的某一些特性与水波还有一些。生活当中常见的波极为相似，咱们就以水波举例。假如你坐在水边，一个固定的频率和力度拍水，那就会有一圈又一圈非常均衡的水波不断的向外扩散。而这种机械波有一个特性，那就是其在介质中的传播速度只由介质本身的性质决定，跟其他都无关。简单来说，你拍得很快，拍得很重，波的传递速度也是固定的，甚至你边走边跳边拍，水波的移动速度都是固定的，而如果想要让波不发生变化只有一种方法，要不然换一个介质，如果介质不变，你就需要与介质产生相对运动，而这种变化叫做伽利略变换。这种水波的特性同样适用于光，因为光本身也是一种电磁波，也具有这些特性。既然光也是一种波，那他的运动应该也借助了某一种介质。