据说爱因斯坦少年时代就曾反复思索:假如自己骑在一束光上,与光并肩齐驱,那么这束光在自己眼里究竟长什么样?
正是这样一个看似天真的想象,最终把他引向了相对论那扇沉重的大门。
而当这扇门被推开之后,人们才发现,光速这件事远比想象中要古怪得多。

当我们给一个粒子加速时,随着它的速度越来越快,它的质量也会越来越大。
将质量随速度变化的公式写出来,不难发现,当速度与光速相比非常小的时候,质量的变化几乎可以忽略不计;
但是当速度越来越接近光速时,分母上的数值就越来越接近于零,总质量便会越来越大,趋向于无穷大。
也就是说,当物体的速度无限接近光速时,其总质量趋向于无穷大。
然而宇宙中未必存在如此无限大的能量储备,因此永远不可能让一个静止质量不为零的物体加速到光速。
正因为加速到光速这件事在能量上就走不通,人类目前所能做到的,其实只是在光速面前非常谦卑的一点点尝试。

已经开始小规模使用的离子推进技术,采用无工质形态,能为探测器提供长达数年甚至更久的持续加速,最终让探测器的速度在几乎没有阻力的太空里达到一个相当可观的水平。
霍金生前主导的突破摄星计划则更加大胆,其设想是利用强激光推动光帆飞船,把速度加到光速的百分之二十,用二十年时间飞抵比邻星,再花四年将那里的数据传回地球。
听上去已经非常惊人,但换算下来,也不过是光速的五分之一而已。
如果以光速运动,时间会静止吗?答案取决于从什么角度来审视这个问题。
根据钟慢效应,当一个物体相对于某观察者的运动速度接近光速时,在该观察者看来,这个物体的时间流逝速度是非常缓慢的。
也许物体自身掐表只过了一分钟,而该观察者所经历的时间却已经过去了好几年。

当运动速度越发接近光速时,这种效果就越发明显。
如果真的达到光速,那么运动者的一秒钟,就等同于该观察者眼中的无限久。
换句话说,假设宇宙的生命是有限的,对于一个达到光速运动的对象而言,它自身的瞬间之内,整个宇宙就已经走到了终结。
从这个意义上说,其自身的时间确实趋向于静止——因为在宇宙存在的全部时间段里,从它自己的角度去看,自身的时间几乎没有任何流逝,宇宙就已经终结了,尽管它仍然会觉得自己的时间流速是正常的。
这就是那句"在光速状态下,时间将不存在"真正的含义。
它并不是说时间被某种外力冻结在了某一刻,而是说,从光速旅行者自身的视角出发,时间这个概念已经失去了通常的意义。
过去、现在、未来在那一刻塌缩成同一个瞬间,宇宙的生老病死被压缩到眼皮一眨都嫌太长的时段之内。
对光子而言,从诞生到湮灭,中间不存在任何"经过时间"这回事。

那么,超光速运动能否让人回到过去呢?
质能方程已经说得很清楚,有质量的物体根本达不到光速,更谈不上超光速,除非其静止质量为零。
在静止质量为零的情形下,分子与分母同时为零,整个表达式才有可能给出一个有限的值,这正是洛必达法则可以处理的情况,学过高等数学的人应当并不陌生。
这也正是光本身能够达到光速的原因:光子没有静止质量,一旦运动起来,它就必然以光速前行。
综合上述内容可以做一个总结。
由于光速不变原理,相对论推导出了许多神奇的效应:例如钟慢效应,运动速度越快,时间流逝速度越慢;
尺缩效应,运动速度越快,长度越短;
此外,运动速度越快,质量也会越大。
通过这些结论,可以直接推导出爱因斯坦的质能方程E=MC2。

它告诉人们,质量与能量本质上是同一件事,是同一事物的一体两面,而且任何物体的运动速度都无法超越光速。
相对论还揭示了时间与空间并非彼此独立,而是相互关联的;
运动状态决定了时间的流逝状态。
相对论进一步表明,在我们所处的这个宇宙中,一切物理观测结果都必须指明它是相对于哪个观察者而言的。
至此,狭义相对论所带来的神奇效果已经介绍得差不多了。
相信读者心中也会浮现出不少疑问,甚至已经不自觉地开始尝试给相对论"挑毛病"了。
这其实并不奇怪,历史上的科学家也没少做类似的尝试。

达到光速会看到什么?从爱因斯坦少年时代那个"骑在光上"的幻想,到今天离子推进器和光帆计划所触及的现实边界,人类始终在朝这个古老的疑问一点点靠近。
相对论给出的答案并不浪漫,甚至有几分冷峻——一旦真正抵达光速,时间对旅行者本身而言已经失去意义,宇宙的一切演化都被压缩为一瞬。
所谓"看到什么",其实已无所谓看与不看,因为在那样的状态里,观察这件事本身已经无从谈起。
真正值得我们反复咀嚼的,或许不是抵达光速那个虚构的终点,而是在逼近它的过程中,时间、空间与质量所展现出的那份令人心颤的相互纠缠。
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