做了這么長(zhǎng)時(shí)間科普工作，經(jīng)常會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上看到一些與光速有關(guān)的問(wèn)題，比如說(shuō)：光速為什么是不變的？為什么速度會(huì)影響時(shí)間？為什么不能超光速？光速飛行時(shí)間真的就停止了嗎？

其實(shí)以往的科普中，已經(jīng)涉及很多這樣的問(wèn)題，其實(shí)已經(jīng)給出了答案，但無(wú)奈作為我們普通人，對(duì)科普的東西并不是很感興趣，尤其是在國(guó)內(nèi)，科普工作更是任重而道遠(yuǎn)。很多人并不愿意看一些科普的東西，因?yàn)榭破盏臇|西相比各種娛樂(lè)八卦新聞來(lái)講，確實(shí)很枯燥。

這也造成了一個(gè)非常尷尬的局面：很多民科思想大行其道，尤其是在網(wǎng)絡(luò)這個(gè)可以隨心所欲的虛擬舞臺(tái)上更為明顯。很多民科甚至對(duì)我科普的東西加以嘲諷，甚至謾罵，一開(kāi)始確實(shí)有些生氣，后來(lái)也想通了，有些人注定是叫不醒的，隨他去吧。

我不敢說(shuō)科普的東西都是對(duì)的，畢竟咱也不是科學(xué)家，但科普的內(nèi)容一定會(huì)是目前的科學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)。

好像有點(diǎn)跑題了，回到正題，今天再次深入科普一下關(guān)于速度和時(shí)間的關(guān)系：光速飛行，時(shí)間真的會(huì)停止嗎？

其實(shí)這種疑問(wèn)的源頭基本上都是因?yàn)橐稽c(diǎn)：你總是會(huì)下意識(shí)地以光或者某個(gè)光速飛行的物體為參照系，相當(dāng)于自己給自己挖了一個(gè)坑然后跳進(jìn)去。而根據(jù)狹義相對(duì)論，以光速飛行的物體為參照系是毫無(wú)意義的。

光速也是一種速度，為了更好地闡述問(wèn)題，我們先從速度講起。

一切物理定律在所有慣性參考系中都是等價(jià)的，平權(quán)的，沒(méi)有一個(gè)慣性系具有優(yōu)越地位，不存在絕對(duì)靜止的參考系。

實(shí)際上這就是我們通常所講的“相對(duì)性原理”，這個(gè)原理其實(shí)也告訴了我們，速度快并不一定會(huì)帶來(lái)什么實(shí)質(zhì)變化，本質(zhì)上都是一樣的。

比如說(shuō)，此刻的你坐在沙發(fā)上看電視，你會(huì)覺(jué)得自己是靜止的，所以速度為零。但你所謂的靜止只是相對(duì)地面靜止。如果你以其他事物為參照系，你就不是靜止的。

比如說(shuō)相對(duì)大型粒子對(duì)撞機(jī)里面接近光速飛行的粒子，你的速度也接近光速。那么，既然你都以接近光速的速度飛行了，你會(huì)有什么不同的感覺(jué)嗎？并沒(méi)有！同理，粒子對(duì)撞機(jī)里面的粒子也不會(huì)有什么感覺(jué)，假如它有感覺(jué)的話(huà)。

現(xiàn)在，假設(shè)那個(gè)粒子以0.9999倍光速的速度從你身邊飛過(guò)，飛行一圈之后又回到你身邊，假設(shè)這一圈很大，有30公里遠(yuǎn)。那么，在你眼里，粒子從離開(kāi)你到再次返回的時(shí)間就是30公里除以粒子飛行的速度，也就是大約10的負(fù)4次方秒。

但是，如果粒子自身也揣著一塊表，那么，整個(gè)過(guò)程中表走過(guò)的時(shí)間就不是10的負(fù)4次方秒，而是大約1.4乘以10的負(fù)6次方秒。

看到了吧，你和粒子都不覺(jué)得自己在高速運(yùn)動(dòng)，反倒是你倆互相覺(jué)得對(duì)方一直在高速運(yùn)動(dòng)。這說(shuō)明什么？

說(shuō)明兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的物體，感知到的自身時(shí)間也會(huì)有所不同。這在狹義相對(duì)論中體現(xiàn)得淋漓盡致，不僅如此，還被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

而宇宙萬(wàn)物其實(shí)都有各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不會(huì)完全相同，所以宇宙萬(wàn)物都有著完全屬于自己的時(shí)間和空間認(rèn)知。

當(dāng)然，日常生活中我們還會(huì)下意識(shí)地認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的，會(huì)認(rèn)為萬(wàn)事萬(wàn)物的時(shí)間經(jīng)歷都是相同的，這也是我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。但由于我們只是生活在地球這個(gè)狹小的空間里，造成了我們認(rèn)知上會(huì)有很大的局限性，所以很多時(shí)候我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)并不可靠。

而之所以我們會(huì)認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的，也正是認(rèn)知上的局限性造成的，因?yàn)?strong>我們平時(shí)經(jīng)歷的速度實(shí)在太小了，與光速相比幾乎完全可以忽略不計(jì)，速度對(duì)時(shí)間的影響微乎其微，所以我們會(huì)認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的。

狹義相對(duì)論中，經(jīng)常用世界線(xiàn)來(lái)描述不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體，如圖所示，當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其世界線(xiàn)可以用垂直線(xiàn)表示，用圖中的綠色線(xiàn)表示。這條線(xiàn)代表的意思是，物體在空間維度的速度為零，時(shí)間維度的速度為光速。

而圖中黑色的線(xiàn)就是日常生活中我們看到的大多數(shù)物體的世界線(xiàn)，可以看到黑色的線(xiàn)幾乎與綠色線(xiàn)重合，這是因?yàn)槿粘Ｉ钪形覀兛吹降奈矬w的速度都很小，與光速相比其實(shí)就相當(dāng)于靜止不動(dòng)，所以會(huì)與真正靜止不動(dòng)的物體的世界線(xiàn)差不多。實(shí)際上，圖中對(duì)世界線(xiàn)的描述只是示意圖，實(shí)際上黑色線(xiàn)被夸大了很多，如果按照實(shí)際情況來(lái)，其實(shí)真的和綠色的線(xiàn)幾乎完全重合，起碼我們的肉眼根本分辨不出來(lái)，在圖中表示就是完全重合的線(xiàn)。

而圖中紅色的線(xiàn)就是高速運(yùn)動(dòng)物體的世界線(xiàn)，如果你的世界線(xiàn)就是紅色的那條線(xiàn)，當(dāng)然你會(huì)明顯感知到時(shí)間的不同。而物理實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們?cè)缇屯ㄟ^(guò)大型粒子對(duì)撞機(jī)中粒子的時(shí)間快慢，驗(yàn)證了高速與低速物體時(shí)間快慢確實(shí)不同。

而圖中紅色的那條線(xiàn)就是光的世界線(xiàn)，是最特殊的一條世界線(xiàn)。

通過(guò)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體的世界線(xiàn)，可以看出，只有光子或者說(shuō)光速是特殊的，其他物體，只要速度達(dá)不到光速，不管如何運(yùn)動(dòng)，其實(shí)都不是特殊的，而是平等的，平權(quán)的。任何物體都不會(huì)絕對(duì)自己的時(shí)間有什么異常情況，也就是說(shuō)，每個(gè)人對(duì)各自口袋里的表走動(dòng)的時(shí)間，都不會(huì)發(fā)現(xiàn)有異常表現(xiàn)，而自己口袋里的表就是我們通常所說(shuō)的“本征時(shí)間”。

不過(guò)，對(duì)于以不同速度運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)講，不同本征時(shí)間的對(duì)比會(huì)有很大不同。

舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，我靜止在地球上，你以亞光速離開(kāi)地球飛向太空，你口袋里裝著一塊表，你始終盯著那塊表，確保2小時(shí)之后能重返地球，而2小時(shí)就是你的本征時(shí)間。

等到你返回地球，你會(huì)發(fā)現(xiàn)地球時(shí)間可能已經(jīng)過(guò)去了十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，而十年就是我的本征時(shí)間?？梢钥闯?，不同運(yùn)動(dòng)速度下的物體的本征時(shí)間會(huì)相差很大，但是別人的本征時(shí)間其實(shí)是沒(méi)有意義的，每個(gè)人只需要為自己的本征時(shí)間負(fù)責(zé)。

這里只是對(duì)“世界線(xiàn)”進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，至于世界線(xiàn)到底是怎么來(lái)的，這里就不再詳述了，后期就專(zhuān)門(mén)對(duì)其進(jìn)行深入探討。

下面再來(lái)看看那個(gè)特殊的“光速”，為什么說(shuō)光不能作為參照系呢？

在此之前，先來(lái)簡(jiǎn)單分析一下“光速限制”問(wèn)題，所謂的光速限制，指的是任何有靜質(zhì)量的物體都不可能達(dá)到或超過(guò)光速，而且無(wú)論相對(duì)什么參照物，都是如此。根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，擁有靜質(zhì)量的物體速度如果無(wú)限接近光速，質(zhì)量就會(huì)變得無(wú)窮大，顯然我們的世界不可能存在這樣的物體。

說(shuō)白了，愛(ài)因斯坦相對(duì)論體系，不管是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，一個(gè)最重要的前提就是：必須低于光速，任何涉及光速飛行的事件，其實(shí)都無(wú)法用相對(duì)論中的公式去解釋。

還有一點(diǎn)，必須再次強(qiáng)調(diào)：狹義相對(duì)論是以慣性系為基礎(chǔ)的，以慣性系為參照系，物體的運(yùn)動(dòng)速度是無(wú)法超過(guò)光速的。這也說(shuō)明了一點(diǎn)，在非慣性系中，速度是可以超過(guò)光速的，比如說(shuō)，宇宙的膨脹速度就遠(yuǎn)超光速。但是這種超光速并不違反愛(ài)因斯坦相對(duì)論中的光速限制，因?yàn)橛钪媾蛎涍^(guò)程并沒(méi)有傳遞任何信息。另外說(shuō)一點(diǎn)，我們平時(shí)所說(shuō)的相對(duì)速度，比如說(shuō)大型粒子對(duì)撞機(jī)中，兩個(gè)微觀粒子分別以非常接近光速的速度對(duì)撞，其實(shí)兩個(gè)粒子的相對(duì)速度看起來(lái)是超光速了，其實(shí)并沒(méi)有。平時(shí)我們所用的速度疊加公式并不適用于亞光速世界，低速物體的相對(duì)速度計(jì)算用伽利略變換，而高速物體的相對(duì)速度需要用洛倫茲變換。

光不但不能作為慣性系，連參照系也不行。光本質(zhì)上就是電磁波，具有波粒二象性，也就是不確定性，這種物質(zhì)怎么可能作為參照系呢？本身就是不確定的，當(dāng)做參照系就更沒(méi)有一樣了。

同時(shí)，光子非常特殊，它沒(méi)有時(shí)間和空間的概念，如果光子有意識(shí)，你試圖向光子解釋何為時(shí)間和空間，無(wú)論如何你都無(wú)法讓光子明白，因?yàn)楣庾拥囊庾R(shí)里壓根就不存在時(shí)間和空間。

我們通常所說(shuō)的“太陽(yáng)光到達(dá)地球需要大約8分鐘”，是以人類(lèi)視角去衡量計(jì)算的，說(shuō)白了就是簡(jiǎn)單的距離除以速度計(jì)算出來(lái)的時(shí)間，1.5億公里除了每秒30萬(wàn)公里的速度，可以理解為與光子的速度無(wú)關(guān)，只是借助光速這個(gè)速度計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。事實(shí)上，對(duì)于太陽(yáng)光本身而言，一瞬間就到達(dá)地球了，不需要任何時(shí)間。不要說(shuō)到達(dá)地球了，光子可以在一瞬間到達(dá)任何遙遠(yuǎn)的距離，哪怕是宇宙的邊界。

所以，嚴(yán)格來(lái)講，“光速飛行時(shí)間就停止了”其實(shí)是不對(duì)的，光速飛行壓根就沒(méi)有時(shí)間概念了，也就不存在“時(shí)間停止”的概念了。當(dāng)然，作為普通吃瓜群眾，我們可以通俗理解“時(shí)間不存在”和“時(shí)間停止”是一回事，畢竟“時(shí)間不存在”有點(diǎn)抽象，不太好理解，而“時(shí)間停止”就很好理解了。

話(huà)說(shuō)回來(lái)，“光速飛行時(shí)間就停止了”這種思想本質(zhì)上反映的其實(shí)就是我們對(duì)“時(shí)間是絕對(duì)的”這種根深蒂固的認(rèn)知，是根據(jù)我們的生活常識(shí)和日常生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。但是剛才我也說(shuō)了，由于我們生活環(huán)境具有很大的局限性，以至于我們的生活常識(shí)很容易被束縛住，帶來(lái)很大的認(rèn)知局限性。

這也是為什么愛(ài)因斯坦會(huì)這樣說(shuō)：所謂的常識(shí)，其實(shí)就是18歲之前積累的各種偏見(jiàn)！

當(dāng)然，愛(ài)因斯坦想表達(dá)的絕不是“18歲”這個(gè)嚴(yán)格的分界線(xiàn)，并不是說(shuō)“18歲之后就沒(méi)有偏見(jiàn)了”，更多的還是在表達(dá)，我們不能被日常生活認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)所蒙蔽。長(zhǎng)大成人的我們，回想起我們兒童和少年時(shí)期對(duì)世界和宇宙的認(rèn)知，更能感受到愛(ài)因斯坦想表達(dá)的思想。