光速不变原理与质能方程实际上，不能超光速是针对于物质、信息、能量而言的，而不是针对于宇宙空间而言的。空间并非是物质、信息、能量。所以，空间并不会受到光速的限制，而且宇宙膨胀也并不传递任何信息。那光速不变原理是咋来的呢？简单来说就是，牛顿和麦克斯韦的理论矛盾了，矛盾点在于参考系。麦克斯韦方程推导出来的光速表达式是：1/ε0μ0，由于ε0是真空介电常数，μ是真空磁导率，这两个数都是常数，也就是说，光速在任何惯性参考系下都是光速，这就和牛顿理论中运动的相对性产生了矛盾。科学家想了各种办法来解决这个问题，最终都失败了。于是，爱因斯坦以“光速不变原理”和“相对性原理”为基础提出了相对论。在这套理论当中，爱因斯坦统一了时间和空间，他认为：时间和空间一起组成四维时空，构成宇宙的基本结构。在狭义相对论的这套框架下，爱因斯坦得出了许多有意思的结论，比如：时间膨胀效应，尺缩效应等等。也就是说，牛顿的体系下，人们认为运动对于时间和空间是没有影响的。而爱因斯坦则认为：运动其实会影响到时空。这些内容是他在年上半年完成的一篇名为《论运动物体的电动力学》中提出来的。这一年爱因斯坦发表了四篇开创性的论文，这一年也被称为爱因斯坦的奇迹年。这篇文章则是第三篇。之所以会有第四篇，就是爱因斯坦在发表完第三篇之后，突然意识到这个理论还可以同时统一“质量”和“能量”，于是，他在下半年又发表了一篇名为《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》。在这篇文章中，爱因斯坦提出了大名鼎鼎的质能方程。提出了：物质和能量等价，后来也被称为：质能等价。质能等价的意思是说，质量和能量其实是一回事，质量中蕴含的能量可以通过质能方程表述出来。所以，所谓的“质量转化为能量”的说法是不正确的，因为它们压根就是一回事。通过这个理论，爱因斯坦预言了：引力可以使光束发生弯曲。在传统理论中，光是没有质量的，但是爱因斯坦认为光是具有相对论质量（这是因为它具有动能，质能方程告诉我们，能量和质量是一回事，所有有动能就有质量），而实际观测中，也确实发现了光线弯曲。当然，光线弯曲的说法到了广义相对论，又有一套新的表述形式。不过，这并不是这次文章要讲的，就不赘述了。那爱因斯坦为什么能够统一“质量”和“能量”呢？这是因为，爱因斯坦通过推导，得出了运动物体的质量应该下面这样的结果：其中m0是静质量，从这个表达式中，我们可以出这样的结论：静止质量不为零的物体是不可能达到光速的，只能低于光速。静止质量为零才能达到光速，但并不能超过光速。光其实就是静止质量为零，所以光可以达到光速。（实际上，参与强相互作用的胶子也是，只不过由于夸克禁闭，我们还无法发现自由存在的胶子）空间膨胀为何可以超光速？而开头我们也说到了，宇宙空间其实是没有质量的，也不是能量，更不是信息。因此，它就没有所谓的静止质量，也不需要受到光速不变原理的限制。那事实上呢？在宇宙大爆炸之初，第一秒内，宇宙膨胀就超过了光速。这也被我们称为大暴胀。大概是说，在短短的时间内，把当时的宇宙看成是一粒沙子，它一下子膨胀了到可观测宇宙那么大（直径亿光年），然后在把可观测宇宙看成像沙子那么大，再膨胀到可观测宇宙那么大，一共加倍了次，也就是2^。这个过程是远远超过光速的。其次，在距今46亿年前，宇宙开始加速膨胀，而根据模型计算，以地球为参考系，宇宙很多地方膨胀的速度早就超过了光速。这是年，两个科学小组分别独立观测1a型超新星得到的结果，并且于年相关的负责人获得了诺贝尔物理学奖。这里多说一句宇宙膨胀的特点，我们可以想象一下机场的直行电梯，宇宙的膨胀就好比，你是在中点，空间就好比在你周围一圈都是远离你的直行电梯，而各种天体就在直行电梯上，所以天体并没有动，动的是直行电梯也就是空间而已，而这看起来就好像天体在动。所以，膨胀是整个宇宙等比例地在膨胀。最后，我们来总结一下：光速不变原理其实是牛顿理论和麦克斯韦方程出现矛盾之后，又无法调和的产物，也符合奥卡姆剃刀原理。它是用来限定物质、信息、能量的。通过质能方程，我们可以知道静止质量不为0的物体是没办法达到光速的，只有静止质量为0，才能达到光速。空间既不是物质，信息，也不是能量，不会受到光速不变原理的限制。

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/6168.html