利用光速不變,愛因斯坦推匯出了狹義相對論,並利用廣義相對論解釋了空間和引力的關係。
隨著相對論的逐漸證實,真空光速不變,也漸漸成了板上釘釘子的事情。
但如果把相對論當做物理事實,我們會發現,並不是光速決定了相對論,恰恰相反,是因為相對論效應,決定了光速不變。
在廣義相對論中,引力被描述為時空的一種幾何屬性(曲率),而時空的曲率則透過愛因斯坦場方程和處於其中的物質及輻射的能量與動量聯絡在一起。
簡而言之,物質的總能量(靜質量+動質量,決定的總能量)會造成時空彎曲。
無論任何有能量的物質,都會造成時空彎曲,哪怕你拿著電筒跑動,也會造成時空彎曲。雖然相對於宇宙尺度來說,這樣的時空彎曲可以忽略不計,但探討速度疊加的問題,卻不得不考慮在內。
時空扭曲下,會出現洛倫茲收縮:
但同時,壓縮的時空還會出現慢鍾效應:
時空扭曲,長度收縮的同時,時間變慢。
二者結合,會發現,無論你如何增加速度,光速依舊不變。
時間的基本國際單位是秒。它現在以銫133原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應的輻射的9,192,631,770個週期的持續時間為標準。
雖然宇宙尺度下,時間的本質是連續的,不間斷的,但人依舊只能透過物質的變化(包括自身的變化),來感受時間。相比較於地球,在黑洞附近的空間扭曲,造成物質變化速度不同,造成黑洞系統附近人在時間感官上的差異。進入黑洞之後,人感官上的時間,會變得趨向於無限靜止。(物質狀態的變化趨向零)
正是因為這個原因,拿著電筒跑的你,隨著速度越來越快,越趨近光速總能量也越來越大,時間也越來越壓縮。(本質上講,你實際是越來越趨向於坍縮為黑洞……)
透過慢鍾效應,我們知道:雖然作為我們地球觀察者來說,你無限接近光速,跑到了25光年之外的織女星,所用的時間依舊是25年。但對於你來說,他所經歷的時間,卻是瞬息之間的。
在無限接近光速的情況下,你在感官上,所經歷的時間T,會無限接近0。
也就是說,雖然你的速度依舊只是接近光速,但他的自身的感官會覺得自己是超光速的,而且疊加的速度還不僅僅只是1+1的單純相加。
本質上是因為洛倫茲收縮,造成了超光速的錯覺。那麼這個錯覺下的超光速速度,也是符合洛倫茲變換。
洛倫茲因子:
你的真實速度V,乘以洛倫茲因子,便能得到這個錯覺下的超光速速度。
作為,你之外的觀察者,由於沒有在你所在的能量系統之內,自然不存在慢鍾效應,我們就會發現,你渡過的時間(生命流逝)比我們更短。
我們渡過50年,看到你接近光速從織女星溜達了一圈回來,但發現他竟然沒有衰老。你在旅行過程之中,也從來不會觀測到自己超光速,他所能發現的僅僅只是時空扭曲帶下,距離上的洛倫茲收縮。接近光速帶來的能量無限增加,空間扭曲加大,距離大大縮短了。
再次強調:在宇宙尺度來說,無論你自我感官時間如何的靜止,宇宙時間依舊渡過了50年,本質上不存在超光速。
但如果哪一天能夠解決近光速帶來的一系列問題,人類依然可以利用這一種超光速錯覺,進行“超光速”旅行。(本質上,相當於延長我們在宇宙尺度下的壽命)