大家好，歡迎收看量子科普第61期，我是常常，今天和大家聊一聊關(guān)于愛因斯坦是如何推導(dǎo)出光速是宇宙中的最快速度，理性的說，在我們所處的四維空間內(nèi)，即使有超越光速的速度，我們也無(wú)法感知到。

首先來說，速度并沒有快慢之分，也不存在最快速度、最慢速度，因?yàn)樵谂ｎD的經(jīng)典力學(xué)體系中，速度只是相對(duì)的速度，計(jì)算速度是需要一個(gè)參考系，例如我們?cè)诜块g里吃東西，那么以你所處的房間作為參考系，你本身是沒有速度的，但是如果將太陽(yáng)作為參考系，因?yàn)榈厍蜻M(jìn)行的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)，所以你的速度就會(huì)很快，這就是坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河。

以牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系來看，世界上根本不存在運(yùn)動(dòng)最快的物質(zhì)，因?yàn)橛?jì)算速度的參考系是不同的，那么光的速度又是如何計(jì)算出的呢？這要得益于19世紀(jì)的英國(guó)物理學(xué)家推導(dǎo)出的麥克斯韋方程組，麥克斯韋方程組可以計(jì)算出電磁波的速度，而光也屬于電磁波的一種，所以光速最快就是愛因斯坦在大學(xué)期間通過麥克斯韋方程組計(jì)算出的。

但是推導(dǎo)的麥克斯韋方程組存在一個(gè)問題，因?yàn)辂溈怂鬼f方程組并沒有加入任何參考系就計(jì)算出了光速，這與牛頓經(jīng)典力學(xué)體系中的速度必需參考系的定論出現(xiàn)了嚴(yán)重的偏差，被當(dāng)時(shí)物理學(xué)界封為真理的牛頓經(jīng)典力學(xué)竟然無(wú)法與電磁學(xué)相容！

愛因斯坦在研究光速時(shí)也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)榕ｎD經(jīng)典力學(xué)中認(rèn)為速度必須有參考系，后來很多支持經(jīng)典力學(xué)的科學(xué)家在經(jīng)典力學(xué)中加入了"以太"要素，認(rèn)為光速的參考系是以太，當(dāng)時(shí)正在上大學(xué)的愛因斯坦對(duì)于以太是光速的參考系提出的質(zhì)疑，愛因斯坦認(rèn)為用"以太"為光速打了一個(gè)補(bǔ)丁，那么光速后續(xù)的問題中還有使用以太打幾十個(gè)甚至上百個(gè)補(bǔ)丁，而且以太只是一個(gè)虛無(wú)縹緲的理論，根本無(wú)法被證實(shí)，所以愛因斯坦創(chuàng)造性的在光速的問題上拋棄了牛頓經(jīng)典力學(xué)中參考系的觀點(diǎn)，但愛因斯坦并沒有完全推翻經(jīng)典力學(xué)，愛因斯坦認(rèn)為光在所有參考系中速度都是相同的，后來愛因斯坦又在其中加入了相對(duì)性原理，這就構(gòu)成了后來愛因斯坦震驚世界的"狹義相對(duì)論"。

那么光為何是宇宙中的最快速度呢？

其實(shí)光運(yùn)動(dòng)的速度不單單只是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)這么簡(jiǎn)單，它還涉及到一個(gè)信息傳遞的問題。

我們感知信息無(wú)非是用觸覺、聽覺、視覺等幾種方式，那么這幾種方式中傳遞信息最快的就是視覺，而光就是視覺信息傳遞的載體，我們利用電磁波進(jìn)行信息傳遞與視覺原理相同，因?yàn)楣庖彩请姶挪ǖ囊环N，所以與其說光速是宇宙中運(yùn)動(dòng)最快的速度，倒不如說光是人類能感知到的、宇宙中信息傳遞最快的速度。

可能上面的敘述有些晦澀難懂，下面給大家舉一個(gè)生動(dòng)的例子

假設(shè)：我們現(xiàn)在有一個(gè)可以超越光速的航天器，我們將它發(fā)射到距離地球一光年的星體上，這個(gè)航天器僅僅需要5秒就可以飛行一光年的距離到達(dá)星體，但是我們接收從星體上發(fā)射的光或者電磁波到達(dá)地球則需要一年的時(shí)間，也就是說，即使超越光速的航天器僅需要5秒就可以達(dá)到星體，但是我們也無(wú)法感知到，因?yàn)樗乃俣瘸搅诵畔鬟f的速度，我們感知到航天器的速度只能是航天器的5秒+光的一年=一年零五秒。

所以說在四維空間內(nèi)，即使有超越光速的速度，但是由于信息傳遞的限制，我們也無(wú)法感知到。