大自然为什么有光速限制？不限制不行吗？

提及光速与速度极限，不得不引出爱因斯坦的狭义相对论。的确，这一理论似乎是为光速量身定制的。

然而，部分读者可能对狭义相对论抱有抵触心理：为何总是以其作为解读依据？难道它真的就是无懈可击的真理？

我必须说明，科学理论并非真理的终极表现，这一点由科学的本性所决定。不过，对于狭义相对论，我实在找不到任何拒绝的理由。一百多年来，科学家们不断通过多种手段检验这一理论，尽管检验过程多少带有质疑的色彩。

然而，时间的流逝并没有削弱狭义相对论的稳固地位。鉴于此，我怎能不倚重这一理论来阐述问题呢？

从物理学的视角出发，速度限制是狭义相对论所推导的一项重要结论。当然，你也可以将其视为自然或四维时空的固有属性，这仅仅是解释方式的不同，本质并无二致。

下面，让我们从狭义相对论的视角切入，探讨爱因斯坦是如何推演出“光速限制”这一结论的。

首要的是，我们需要理解爱因斯坦是如何建立狭义相对论的。简而言之，这一理论基于两个基本假设：

1.光速不变原理：光速在所有惯性参照系中保持恒定。

2.相对性原理：所有惯性参照系中，物理规律的表现形式不变。

所有狭义相对论的结论和公式，均源自上述两个假设。甚至可以说，狭义相对论之所以卓越，不在于其结论的辉煌，而在于这两个假设的伟大。

因为，只要承认这两个假设，即便是普通人也能通过简单的计算，推导出诸如时间膨胀公式、长度收缩公式、质量增加公式以及质能关系公式等。

你可能好奇：爱因斯坦为何会提出这两个假设？他又是如何确保它们的正确性？

实际上，这是一个长篇大论的话题，之前的科普文章有详细说明，这里简言之。

简单来说，对于假设，你只需决定是否接受，无需质疑其合理性。当然，你也可以提出自己的假设，并以此为基础构建自己的理论。

但前提是，你的假设要能自圆其说，且能解决实际问题，否则，为何要接受你的观点呢？

值得注意的是，任何假设的产生并非心血来潮，而需经过长时间积累。假设可能不符合我们的日常经验，但必须能够经受实验的验证。毕竟，我们的日常经验通常受到局限，而实验却是客观真实的。

例如，“光速不变原理”和“相对性原理”，二者截然不同。前者并不符合我们的日常经验，因为它提出无论与其他速度如何叠加，光速始终是光速。例如，你以0.9倍光速追逐一束光，在你眼中，这束光的速度仍是光速，这似乎难以置信。

但实验证实了这一理论。此时，我们必须依靠实验结果，而非生活经验，实验证明，光速的确是恒定的。

而“相对性原理”与我们的日常经验十分契合，它指出在所有惯性系中，物理规律是等价的。例如，在匀速直线行驶的火车上，你的感受与站在地面上的感受完全相同。闭上眼睛，忽略火车的噪音，你无法分辨自己是在移动的火车上还是在地面上，因为两者是等价的。

更直接地说，光速不变原理和相对性原理既是假设，也是公理。公理无需证明，只需接受，你当然可以拒绝。

就像“两点之间直线最短”的公理，无需证明，但每个人都会默认接受。

光速不变原理之所以难以被接受，主要因为它违背了我们的日常经验，毕竟在我们的认知中，速度总是相对的，需要参照系才有意义，但光速却是绝对的，这让人难以接受。

然而，正如我之前所说，我们的日常经验显然是有局限性的，当实验结果与我们的经验发生冲突时，我们应当相信哪个？

显然，我们应该相信实验结果，这是毋庸置疑的。

至此，你可能发现，我并没有过多讨论光速的限制，而是更多地讲述了爱因斯坦如何构建狭义相对论。

实际上，这并非跑题，因为理解并接受了狭义相对论的形成过程，你便更易于接受大自然为何要限制光速。

解释光速限制的方法多种多样。例如，质增效应表明，当一个物体的速度越接近光速，其质量就越大，最终趋于无穷大，需要无限多的能量才能加速物体到光速，整个宇宙的能量都不足以做到这一点，显然这是不可能发生的。

此外，也可以从因果律的角度来解释光速限制。根据狭义相对论，如果物体的速度超过光速，将会在某个参照系中破坏因果律，导致“果”发生在“因”之前，这违反了因果律，因此大自然必须设置光速限制，以防止因果律被破坏。

或者，你还可以从GZK极限值限制来理解光速限制。GZK极限值是宇宙中的一种能量限制。当粒子能量超过这一极限时，就会与宇宙微波背景中的光子发生作用，导致能量衰减，粒子由于能量不足而无法达到或超过光速。

最后，你可能会提出更深入的疑问：上述的所有解释并未触及大自然的本质，只是停留在表面，例如“为何存在光速不变”这样的问题。

只能说，大自然就是这样的，或者我们所处的宇宙就是这样的，至于为什么是这样，这可能只有上帝才知道，这已经超出了科学的范畴。或许存在无数的其他宇宙，在其中一些宇宙里，光速限制根本不存在，甚至物体的最低速度必须是光速，所有物体都必须以超光速移动。

也许，我们的宇宙本身就是由一台超级计算机设定的虚拟程序，所有参数都已经预设，光速限制只是其中的一个设定。

但不管真相如何，这并不重要，我们只需对我们生活的世界和发现负责即可。