物体光速运动时是什么样子

人类首次，物理学家终于拍到了物体接近光速运动时的真实样貌。设想一个百分之九十九点九光速的立方体从你面前经过，你认为它看起来会更像哪一个？如果你不知道狭义相对论，那你大概率会选第一个。而如果你知道狭义相对论的尺度效应，那你大概率会选第二个。但其实这两个答案都不对。 十七世纪牛顿提出绝对时空观，他认为空间就像一个固定不动且无限大的容器，时间就像永远均匀流淌的河水，一切物体的运动都在这永恒不变的时空背景中进行，而一个物体的长度，无论何时从何处测量，结果应当都一样。这也是自古以来最符合人们日常直觉的时空观。 直到一九零五年，爱因斯坦基于光速不变和相对性原理两大基本假设，在数学上严格证明，一个物体运动速度越快，在外部观察者看来， 其时钟走的就越慢，且运动方向上的尺寸也会不断收缩。这并非视觉效应，而是真正物理意义上的缩短。半个世纪后，英国物理学家罗杰彭罗斯和詹姆斯特雷尔各自独立发现，虽然当物体已接近光速运动时，的确会发生尺缩效应，但该效应在现实中永远无法被直接观测。具体来说，当我们看见或拍摄一个物体时， 实际上捕捉到的是同一时刻到达眼睛或摄像头的光子。然而，真实的物体都具有深度和宽度，物体不同部位发出的光抵达摄像头的时间并不相同，来自物体较远部位的光子要比中间光子走的路径更长，从而更晚抵达， 这意味着他们要想和较近的光子一起到达，就必须更早出发。而当物体运动时，较早的时刻意味着位置也更加靠后，这就导致在视觉上看，物体在运动方向上被向后拉长了。运动速度越快，拉长的就越厉害。经过简单的数学计算后，人们发现这种视觉拉长效果恰好完全抵消了相对论的尺缩效应，导致物体的宽度看起来保持不 变，并且由于越远的部位滞后的越厉害，这会导致物体看起来像是发生了旋转。这就是著名的特雷尔彭罗斯效应。比如对球体来说，当球体以零点九 c 的 速度向右运动时， 为矢缩效应，它在运动方向上的宽度会缩短，但它实际上看起来却并没有缩短，且发生了一定角度的偏转。当速度不断接近光速，其旋转方向将无限逼近九十度。维基百科上这个动图很好的展示了当速度不断增大时，球体和立方体在视觉上的变化。但以上只是理论猜测现实中要如何验证这一现象。 为了能直观观测到物体的扭转，实验必须使用宏观物体而非微观粒子。但很显然，目前人类没有任何手段能将宏观物体加速到接近光速。对此，物理学家想到了一种无比巧妙的方法。 实验装置包括一台超高速摄像机、一个具有一定深度的三维物体、超短脉冲激光器、透镜以及一个延迟发生器。具体过程如下，先让激光器发射一束超短激光，脉冲经过透镜后发散照亮整个物体，然后通过延迟发生器在精确的延迟时间后打开相机，捕捉从物体表面反射回来的光子。由于物体具有一定深度， 再加上相机曝光时间极短，因此单次拍摄到的画面等效于物体的一个横向局部切片。通过改变不同的延迟时间，就能拍摄到物体不同深度位置的切片。实验中，研究人员先在一个位置重复上述过程十七次，得到一个离散的切片训练，每次拍摄延迟间隔四百 p 秒。 在这段时间内，光子传播距离约为十二厘米。考虑到光的往返路径相邻，两个切片之间的间隔就是六厘米。拍摄完一组切片训练后，将物体向右平移四点八厘米后，再重复同样的拍摄流程，最终它们得到了三十二个不同位置的切片训练。有了这个切片时空表格， 我们就可以通过错位组合的方式重建出一个假想中运动物体的一帧帧定格画面。当光在相邻切片之间传播六厘米之时，物体在这段时间内移了四点八厘米，因此，该假想物体的等效运动速度即为光速的零点八倍。然后再将这些真案顺序组合成连续的视频 变，模拟出了物体以零点八倍光速运动时的真实视觉效。这就是研究人员模拟出的零点八倍光速立方体的样，而这个道具则是用来代表立方体在高速运动时发生矢缩后的形态。 随后，研究团队又将一个圆盘几乎以九十度侧对着相机，用来模拟圆盘在零点九九倍光速下的齿梭效应，并采用同样的方法对其进行拍摄。结果显示，即使圆盘在物理意义上因接近光速而发生了极其严重的齿梭，在视觉上看，它依然呈现为一个完整的原型。 并且，原本侧对着摄像机的圆盘，由于特雷尔彭罗斯效应看起来就像转过来了一样，变得正面面向摄像机。所以当你的朋友下次问你接近光速是种什么样的体验时，就不用再指局限于尺度效应。真正的震撼并不来自物体本身，而是来自整个视觉世界的变 化。首先，由于光的多普勒效应，以前方的星光会整体向蓝色端偏移，而身后的光泽开始逐渐变红。其次，根据特雷尔彭罗斯效应，所有星球甚至整个星空都将不再是简单的向后平移，而 是仿佛在你身旁向后扭曲旋转。更神奇的是，随着你的速度逐渐增大，光行差效应开始占据主导，整个星空会逐渐向你的视线前方聚集。这种现象类似于雨滴在高速行驶汽车挡风玻璃上的情形， 所有雨滴看起来都来自前方，而非正上方。同理，当你接近光速时，这种效应会变得极其夸张，几乎所有星光都会被压缩进前方一个狭窄的锥形区域，而身后的光线由于越来越难以追上你而逐渐变暗，你会感觉自己正在冲进一条由星光构成的隧道之中。 随着速度的继续增加，整个宇宙在你眼前不断收缩，最终瘫痪成一个无限明亮的光底。最奇幻的是，虽然在地球上的人看来，你是在以接近光速在宇宙中缓慢前行。但在你自己看来，由于尺缩效应，整个宇宙的空间尺度被极度压缩，你几乎可以在极短的时间内跨越宇宙的任意角 落。你感觉自己的速度似乎变得无限大，更进一步，如果速度真的超过光速，又会是怎样的一种体验？事实上，虽然狭义相对论限制了任何物体都无法在空间中超过光速，但它并没有禁止空间本身的超光速行为。 这就好比我们在水中的游泳，速度有限，但却可以借助波浪本身快速滑行。若真如此，理论上又会看到怎样的视觉器官？关于这个话题，我们后面再单独做一期和大家探讨。

盯着屏幕，你现在看到的是一束光正在穿过可乐瓶。注意看拍摄的角度，竟然跟着光一起在移动，而且视角移动的速度看起来比光还要快。这怎么可能？要想追上光速，除非爱因斯坦的物理学失效了。 其实你被骗了，这根本不是拍出来的视频，这是算出来的。首先要搞懂为什么普通相机根本拍不到光速运动， 原因在于读取速度太慢。普通相机几千万个像素拍完第一张画面，要把这几千万个数据存下来，需要几毫秒。但就在这几毫秒里，光已经跑了几百公里，早就没影了。 等你准备好拍第二张，黄花菜都凉了，所以根本连不成视频。那怎么破局？科学家用了一招 time time 循环战术，他们造了一台只有一个像素点的瞎子相机，虽然只有一个点，但他反应极快，一几秒就能记一次数据。 然后科学家让那道光在瓶子里重复跑了几亿次。每一次光跑过，这个像素点，只记录画面上某一个点、某一个瞬间的亮度。第一次光跑过，记录第一那秒时瓶口那个点的亮度。第二次光跑过， 记录第一那秒时平脖子那个点的亮度。就这样，把几百万次光跑过的数据才拼成了视频的第一帧画面。然后再用同样的方法去拼第二针、第三针。 为了这一秒钟的视频，这台机器足足拼了几十分钟。所以这就像是拍定格动画，虽然光每次都是重新跑的，但在视频里看起来就像是连贯的动作。至于那个视角比光速还快的镜头，也是这么拼出来的。 科学家搬着相机，左边拍一堆素材，右边拍一堆素材，最后把这些不同角度的定格动画和承载了一起，就像黑客帝国的子弹时间，这是用无数个静止瞬间堆出来的动态。我们看到的不是现实中连续的光，而是数学构建出来的超感官世界。一万亿帧？听起来已经很吓人了对吧？ 但这在物理学家眼里依然太慢了，因为在这个速度下，我们也只能看清光的尾气。如果我们想看清比光更小更快的东西，比如电子是如何在原子内部跳跃的，那就需要把速度再提升一千倍，进入千万亿帧的领域。 在那里，我们将不再使用相机，而是要动用长达三公里的加速器。准备好烧脑了吗？咱们下个阶段见。

如果我们对着晴朗的夜空打开手电筒，一秒后关闭，那么这束光能否抵达宇宙的边缘呢？根据爱因斯坦的光量子假说，光是由具有能量的光子组成，且能量不会凭空消失。所以即便我们关掉手电筒之前所发出的光线，依旧会沿其方向继续运动，并会面临以下几种情况， 首先，当这束光到达地球的大气层时，会被其内部的各种物质所吸收。如果有部分光线侥幸穿过了大气层， 当他在浩瀚无垠的宇宙空间中前行时，不仅会被星际尘埃以及众多星球所捕获，甚至还会遇到连光都无法逃脱的黑洞。假设这束光足够的幸运，没有受到任何的阻挡，那么他也不可能到达宇宙的边缘， 因为我们的宇宙不仅处于一个诡异的膨胀状态，且膨胀的速度远远大于光速本身。而这究竟是怎么一回事？ 早在一九二九年，美国天文学家爱德华哈伯通过当时最先进的望远镜，在观察闪烁的星光背后所隐藏的秘密时，却看到了极其诡异的一幕。 他发现宇宙中几乎所有的星系仿佛都在故意躲避观察者的视线，并以超越光速的速度在远离地球。而且距离我们越远的星系远离我们的速度就越快。但问题是，根据爱因斯坦相对论中的光速不变原理， 即光在中空中的传播速度始终都是一个横定常数，约每秒三十万公里。无论光源与观察者处于静止还是运动状态，他的速度始终不会改变，并且任何有质量的物体也都无法超过光速。 即便你驾驶着一艘接近光速的飞船在追赶前方的光线，但对于光线而言，你依旧处于静止状态，并仍以不变的绝对光速离你而去。也就是说，我们宇宙的速度不仅存在着一个上限，任何物质和信息都无法超过这个速。 但哈伯根据遥远星系的退行速度，与他们和地球的距离成正比。这一发现后认为我们所以为的星系远离，其实并不是星系的运动超越了光速，而是空间在膨胀，而空间结构的拉伸速度也远比我们在光速下所能覆盖的距离要大得多。 这也就意味着，从遥远星系发出的光永远也无法在人类有限的生命中到达地球。即便我们乘坐宇宙飞船以光速飞行，在不断膨胀的大范围尺度下，我们也只能无休止的一直飞下去，永远都无法到达宇宙的边缘。 而宇宙中所有的一切其实也都被宇宙膨胀理论牢牢的困在其中，并使我们永远都无法得知在宇宙之外到底还存在着一个怎样的世界。 如果你能以每秒一光年速度飞行，最终会到达哪里？光速作为目前已知物体运动的极限速度，每秒约三十万千米，一秒就能围绕地球七圈。 但在宇宙中，光速却如同龟速一般，想要冲出太阳系至少需要一年之久，而光年则是光在真空中传播，一年的距离能达到恐怖的九万亿千米。现代船长将速度提升到每秒一光年，这样的话，仅需一秒你就能飞出太阳系。 当飞行四秒后，我们来到了离地球最近的恒星半人马座比邻星，这是一个由三颗恒星组成的天体系统，也是三体人的老家。当飞行八秒后，我们就能到达夜空中最亮的恒星天狼星。 当飞行十分钟后，我们就到达了最适宜人类生存的系外行星开普勒二十二比，但就目前的科技水平来说，到达这里大概需要一千多万年。 当飞行两个小时后，我们就来到了美轮美奂的创生之处，因其太过美丽，被评为哈伯望远镜拍摄的前十名照片之一。当飞行五个小时后，我们就来到了目前已知的最大恒星史蒂文森二幺八， 其半径为太阳的两千一百五十八倍，可以容纳一百亿个太阳或者一点三亿亿个地球。当飞行一天后，你便会冲出银河系，整个银河系的样貌将映入我们的眼帘。当飞行二十九天后，我们来到了距离银河系最近的星系仙女座星系，它比银河系要大波波， 并且预计四十亿年后将与银河系发生碰撞。当飞行一百一十五天后，我们到达由银河系、仙女座星系等五十个星系组成的本星系群外围。 当飞行三年后，我们会发现本星系群只是身处于一个更大的星系团，处女座超星系团。当飞行十六年后，我们终于飞出了羽毛状的拉尼亚凯亚超星系团，银河系也只不过是羽毛上的一个小点 而已。当飞行一百多年后，我们终于来到了已知最大的黑洞 t o n 六幺八黑洞，一个拥有高达六百六十亿太阳质量的恐怖天体。当飞行一千多年后，我们抵达了终点站，人类已知可观测的宇宙边缘， 这里距离地球大约为四百六十五亿光年，但这并不是宇宙真正的边缘，只是人类目前能够观测到范围。有科学家认为，在这之外或许仍然是浩瀚无垠的宇宙空间，即使以如此高的速度飞行，我们都无法触及到宇宙的实际边际，可想而知人类在整个宇宙中是多么的渺小。

在相对论中，运动的时钟要变慢。当物体运动速度逐渐接近光速的时候，时钟会变得越来越慢，当达到光速时，时间就停了下来。也就是说，在以光速运动时，时间是静止的，光子是以光速传播的。 这意味着对于光子来说，时间是没有意义的。从太阳发射出来的光子在到达地球的过程中，用地球上的时钟来测量，他用的时间大约十八分钟。然而，对于这个光子本身来说，根本没有花任何时间。在光子的眼里，只有空间，没有时间，你能理解吗？

为什么说当物体达到光速，时间就会停止？这听起来像是法术，但他却是爱因斯坦相对论中最硬核的预言。 现在你想象一下，当你变成了一束光，从太阳来到地球只用了八分钟而已。对于你来说，这只是一眨眼的功夫，但对没有达到光速的其他人来说，这一瞬间就是八分钟了。是不是觉得有些颠覆了自己的认知？ 其实，在我们的认知里，都以为速度越快就表示能够提前到达，但请别忘记了，这是你在地球上的速度。而在宇宙的终极法则里，你要是达到光速的话，你的时间反而会变慢，甚至静止不动，可以说，你的一秒钟就等于其他人的上万年。 就这么说吧，如果我们造出接近光速的宇宙飞船，里面的宇航员再回到地球的时候，你认为会是什么样子？告诉你吧，这些宇航员可能认为自己只是过去了几天的时间，但在地球上，实际过去的时间却有几个世纪那么长。 所以光速旅行并不是快就行，它更像是一场前往未来的单程票。但你想不到的是，也正是这个宇宙法则让人类发明出了卫星、导航等技术， 虽然他限制了很多东西，但我们依旧从这个法则的身上学会了探索更多的奥秘。但更深层次的奥秘，科学家们正在寻找里面的答案。要知道，在接近光速的世界里，你的所有常识都将会彻底崩塌。 想象一下，你坐上一艘无限接近光速的飞船时，你给地球上的朋友发了一条信息，这对你而言，消息就会在一瞬间发了出去，然而你的朋友为了看到这个信息，估计这辈子和下辈子的时间加在一起都可能看不到。因为你发出去的那一瞬间， 实际上你朋友的时间已经被拉长成了漫长的岁月。这并不是法术，而是已经被证实的时间膨胀效应。 用一个简单的解释来说明一下吧，我们的宇宙就像一个四维的时空橡皮泥，而你在这个宇宙空间里跑的越快，时间上就会变得越慢。 这是因为你的速度偷走了你自己的时间流速，所以接近光速的旅行就是一张前往未来的单程票。你能用这种速度到达其他的星球，但你要知道，你永远也回不到自己原来的那个时期，这种代价你能承担的起吗？ 在这个速度与时间的法则中，时间其实也不是仅有的牺牲品。当你继续疯狂加速的光速甚至比光速还要快时， 你会发现飞船外面的星空也开始变得无比陌生，而飞船前面的宇宙空间就像被一只无形的大手挤压和收缩。这时你会发现一个奇怪的现象，你打算去往的那个恒星距离在你的眼中竟缩短了很多。这就是齿轮效应， 宇宙时空的结构。因为你的超光速飞行，导致在运动方向上的空间距离被压缩。比如说你要去时光年外的星空旅行，我们从目前的科技水平看，你也至少需要十年的时间。 那么如果你用无限接近光速去飞行的话，你想不到的是，这段距离你只会用不到几个月的时间。这貌似是宇宙为你折叠的空间减少了时间的成本，但是你却用自己的时间流逝换来了距离上的缩短。 虽然你个人是觉得就几个月可以到达十光年外的星球体验的旅程变短了，但是宇宙整体的时间却在飞速的转动，说白了就是你以外的人都可以确定你确实走了十年的时间，而你自己却认为只是过去了几个月而已。 如果说我们用百分之百的光速飞行会出现什么样的情况，十分抱歉的告诉你，这是不可能的，因为宇宙的规则摆在那，限制了你的速度。其中一个根本性的变化就是你本身的质量开始疯狂的增加， 这就源于那个最著名的方程 e 等于 mc 的 平方。爱因斯坦告诉了我们，能量和质量就跟一个硬币的正反面一样，当你想要加速到光速时，就必须给出相同质量的能量， 但是这些能量在接近光速时便不再转化为速度，反而会大量转化为你的质量。当你的速度达到光速的百分之八十七时，你会发现原本只有一百斤的你会变成几百斤。当然了，爱美的你体型并没有发生任何的变化， 在达到光速的百分之九十九点九十，你的质量可能是原来的几十倍。最终，当你无限接近光速时，科学家从理论上计算出你的质量可能变得无穷大。 而这种情况下，想要推动一个质量无穷大的物体，就需要无穷大的能量，这就相当于要用整个宇宙的能量来推动你了。 因此，光速对于任何有质量的物体都是一道无法逾越的地平线，现在你知道了吧，光速他并不是技术上的瓶颈，而是刻在宇宙法则里的红线。在我们与光速之间，实际上隔着的不是科技的差距，而是那条天然的红沟。 听到这里，你是否觉得想要遨游宇宙的梦想没了？先别灰心，我们的科学家并没有因为这条红沟而放弃了研究，既然我们无法跨越光速的红线，那就另辟蹊径，让空间的本身带着我们去遨游， 就是我们这群脑洞大开的科学家们想出的思路。结果引出了两个理论上的名词，趋速隐形和虫洞。首先，趋速隐形是通过一种科学家描述出来的奇异物质，然后就由他制造出来的时空波，最终形成了趋速隐形。 想象一下，你的船在海上并不是用发动机驱动船的本身，而是利用船前方的海水收缩和后方的海水扩张形成的动力，最终通过一升一缩所带来的波浪推动着船的速度。 而这种一升一缩的东西就是所谓的奇异物质。同样道理，也就可以在太空中出现，通过飞船前后方的时空压缩，然后形成一升一缩的时空波，超越了光速，但飞船的本身却没有， 这就像你在太空里找到了一个 bug 一 样。至于虫洞的话，它就像是把宇宙时空像一张纸一样对折，让两个遥远点紧紧挨在一起，然后打一个洞连起来， 这个洞之间的距离就需要稳定虫洞的支柱，这就是爱因斯坦和罗森提出的爱因斯坦罗森桥。通过虫洞，你能瞬间跨越上万光年。 当然了，无论是趋速引擎需要的奇异物质，还是稳定虫洞所需的支柱，这些都是我们未来需要找到的科技水平， 但他们更像是宇宙法则容许的一条捷径。虽然我们知道这条捷径，但想要找到它并使用它却异常的困难，因为我们的科学技术还是过于的落后，毕竟从宇宙文明等级上划分的话，我们只有区区的零点七级文明而已， 我们还需要继续励志前行，将这条可以遨游宇宙的路给打通。所以今天我们讲述的光速旅行不是为了让你打消探索宇宙的热情， 而是为了让你更深刻的知道我们所在的宇宙有多么的奇妙。而光速这堵看不见的墙既保护了我们，也塑造了时空，更是定义了宇宙之间物质与能量的关系。同时他也告诉了我们，宇宙虽大，但也不是我们随便乱闯的地方， 任何地方都有自己的法则约束，我们必须遵守这些约束来突破自我。我们每一次对光速的研究都要和宇宙相对论来验证，但这一切都不是失败，而是在一步一步探索宇宙的奥秘。 虽然说我们可能以现有的科学认知物质有质量时无法达到光速，但是我们的探测器和电磁波早已在光速下开始了探索宇宙， 其中的旅行者号探测器带着我们的密码向着宇宙深处探索着，而射电望远镜也在窥探着百亿年前的星光。现在的我们正在用宇宙规则以内的方式实现着另一种意义上的光速旅行。 我们探索太空的意义从来不是表面上的好奇，我们更想了解这个广阔的宇宙，当我们用自己的方式突破了光速的限制，这才明白星际旅行的艰难， 这时的我们才更加的知道生我养我的这颗蓝色星球有多么的独一无二。追逐光速的梦想是我们人类探索的必要路径， 虽然我们不能超光速飞行，但他却能指引着我们走好属于我们自己的脚踏实地的文明真诚。也许这就是宇宙用光速这条法则带给我们的最深刻的启示。如果你是宇航员，你愿意乘坐光速飞船吗？评论区告诉我！

为什么镜头移动比光还快，却没违反物理？第一次看到这个画面，我敢说你八成会愣住。光在瓶子里一路往前跑，镜头只是轻轻一推，画面里那道光却像被甩在了身后。 那一瞬间，你脑子里会自动跳出一句话，这不可能吧？光速不是宇宙的红线吗？每秒三十万公里，没有任何信息，任何物体能越过去。 可现在，画面摆在你面前，不是动画，不是特效，是实拍。那到底是谁在撒谎？是物理，还是我们的眼睛？答案其实有点扎心，我们把重建出来的画面，误当成了当场拍到的画面。 要讲清楚这件事，我们得先穿越回一百年前。上个世纪二十年代，工厂里电机越来越普及，也越来越难伺候，电压一波动，电机就可能抽风冒火，甚至直接报废。 可偏偏最关键的出事那一下，没人看得清人眼追不上。相机一拍全糊，就像你用慢快门拍一个转的飞快的风扇，除了糊还是糊。当时在麻省理工学院，有个工程师叫哈罗德埃杰顿， 他也被这个问题折磨了很久。直到有一天，他注意到一个小细节，每次电路触发，设备都会啪的闪一下， 而就在那道闪光出现的瞬间，转的飞快的电机居然像被按了暂停键一样定住。这下他就明白了，问题不在相机，也不在电机，问题在光上。 我们总以为拍不清是因为相机慢，但埃杰顿发现，真正让画面糊掉的，是光亮的太久。只要光照的时间足够短，运动就来不及。在画面里拉出拖影，你就能把那一瞬间盯住。于是，他干了一件很反常但极聪明的事， 他把灯全关了，把相机快门一直开着。在完全黑暗里，快门开多久都没关系，因为没有光就不会成像。然后他只用一道极短极亮的闪光去点亮世界。这道闪光有多短？ 大约十微秒，一秒钟的十万分之一。在这么短的时间里，子弹都来不及明显移。 所以相机并不是冻结了时间，它只是把时间切了一刀，直取最薄的那一片。后来你看到的那些名场面，网球被拍扁、子弹穿过、苹果牛奶落盘炸成白色薄饼，都是这个思路的成果。 但这里有个关键前提，你一定要记牢，一次闪光只能拍一帧，清晰到爆，但只是一瞬。可人类从来不满足于一瞬， 我们想看完整过程，于是高速相机登场，一秒几万帧，几十万帧，听起来已经离谱的不真实， 但你会发现，高速视频往往不够细腻，画面有点糙。原因其实很朴素，相机每一个像素都要时间把数据读出来， 你真率越高，每个像素分到的读出时间就越少。就像你让一个人一秒钟写几万行字，他只能把字写的越来越潦草，甚至干脆少写点。 于是就出现了那个死结，要么清除弹慢，要么快弹弧。就在大家被这个死结卡住的时候，有人直接换了玩法， 他们说，如果画面本身就是负担，那我干脆不要画面，我每次只记录一个点行不行？这就是单像素相机，他每一帧只干一件事，数一数这一瞬间有多少光子打到传感器上，这一瞬间有多短， 一匹秒，一秒钟的一万亿分之一。在这段时间里，光只能走大约零点三毫米。 听起来像科幻，但你其实并不陌生。手机里的激光雷达也是同一类原理，发光等反射算时间差。新的问题马上就来了，一个像素怎么变成一张图？答案很不要脸，但非常高明，重复 同一个场景，同一束激光，同一个动作，重复上百万次。第一次只记录左上角， 第二次往右挪一点，第三次再往下一点。每一次单像素相机都在精确记录光什么时候到，反射回来用了多久。只要这个过程能做到完全可重复，你就可以用时间把空间一点一点扫出来。 就像你在黑屋里用手电筒照一幅画，你从没同时看到整张画，但最后你能把它拼完整。所以，你看到的所谓光速视频，从来不是一次拍出来的，它是无数次现实叠加出的结果。 这也是整件事最重要、最该记住的一句话，这不是拍的快，而是拍得多次。现在我们回到开头那个相机好像比光还快的画面。这里必须把话说清楚，没有任何物体，没有任何信息。真的超光速 相机没有跑得更快，光也没有变慢。你看到的镜头移动，本质上是我们在重建画面时，选择了一个在时间轴上移动的观察视角， 当这个视角移动的比光传播的方向还快，画面里的光就会显得像被盯在原地，甚至像被甩到后面。不是误理他了，是我们学会了在时间里换站位这个思路。被玩到极致的地方是斯坦福直线加速器中心 那里，把电子加速到接近光速，用飞秒甚至阿秒级别的 x 射线去观测分子内部电子密度的变化。这类成果已经公开发表在自然等顶级刊上，也被多所大学团队持续推进。 但不管技术多先进，它们都有一个共同前提，过程必须能重复，否则你连拼图的素材都没有。 所以说到底，相机从来没有超过光速。真正突破的是人类理解时间，利用时间的方式用重复，把时间拆开，用拆开的时间去重建你以为的现场。最后留你一个问题， 如果有一天我们真的能拍下一个完全不可重复的瞬间，那我们看到的会更接近现实，还是更接近我们对现实的想象？

如果你现在以光速离开地球，飞一天，等你回来，猜猜地球过了多久？答案会让你头皮发麻。地球已经过去了几十年，这不是科幻片，是爱因斯坦用一道公式写下的宇宙铁律，当你以百分之九十光速飞行时，你过一年，地球过二点二年 到百分之九十九点九光速。你过一年，地球已经过了二十二年。越接近光速，时间差越疯狂。而最邪门的 光速，这个数字一百三十七亿年来从未变过，哪怕一纳米，无数恒星爆炸，无数黑洞吞食一切，光速就像被钉死在宇宙规则里，一点都不能动。科学家发现，如果光速快百分之一，质子会直接散架。慢百分之一，恒星和巨变无法启动，整个宇宙 瞬间冻成死寂。那问题来了，为什么光速偏偏是每秒三十万公里？不多不少，谁规定的这个数字？更可怕的是， 如果你真的达到光速，时间会彻底停止吗？你，还是你吗？答案藏在一九零五年，那个改变人类认知的夏天。二十六岁的爱因斯坦坐在瑞士专利局，他问了自己一个看似简单的问题， 如果我骑着一束光飞行，会看到什么？就是这个问题，最终撕碎了牛顿建立的整个物理大厦。他发现，无论你以多快的速度追赶光，光速在你眼中永远是每秒三十万公里，一点都不会变。这意味着什么？意味着时间和空间根本不是固定的，他们会随着你的速度改变而扭曲、拉伸、压缩。 一九七一年，两个美国物理学家做了个实验，他们把两个原子钟调到完全一致，一个留在地面，另一个放在飞机上，绕地球飞了一圈。当飞机降落后，他们惊恐的发现，天上的那个钟比地面的钟慢了五十九那秒。五十九那秒听起来不多，但这证明了一个残酷的事实，速度越快， 时间流逝的越慢，而且你根本感觉不到，因为你的心跳、呼吸、思考，速度也跟着一起变慢了。那如果你真的坐上光速飞船，你会看到什么？科学家计算过， 当你加速到光速的百分之十时，你会发现前方的星星开始变蓝，后方的星星开始变红，这是光的多普勒效应。到百分之五十光速时，更诡异的事情发生了，前方的星星不再是一个个光点，而是被挤压成一道光的隧道， 所有光都朝着你前进的方向汇聚，你身后的空间会慢慢变黑。到百分之九十光速时，你会看到宇宙微波背景辐射， 也就是一百三十八亿年前大爆炸留下的余晖，被你的速度压缩成可见光。你相当于在用肉眼回看宇宙的历史。这时候你过一年，地球要过二点二年， 你飞十年回去，你的朋友会比你老二十二岁，你可能发现自己比弟弟妹妹还年轻，但真正的绝杀还在后面。当你接近光速时，不仅时间会变慢，你的质量还会增加。没错，你没听错， 质量会增加。一个一公斤重的铁球，当它以光速的百分之九十飞行时，质量会变成二点三公斤，光速百分之九十九变成七公斤，光速百分之九十九点九变成二十二公斤。而当它无限接近光速时， 质量会趋向于无穷大。无穷大是什么概念？意味着整个宇宙的能量加起来都不够推动它再快那么一点点。欧洲核子研究中心有个二十七公里长的百分之九十九点九九九九 消耗的电能，相当于一个小城市一年的用电量。但就算再投入一百倍的能量，智子的速度也只能从百分之九十九点九九九九提升到百分之九十九点九 九九九九，永远差那么一点点。二零一二年，科学家们算了一笔账，想把一个苹果加速到光速，需要消耗全人类一年的发电量。一个苹果更别说一艘载人飞船了。 nasa 在 二零二三年的报告中明确指出，以目前人类的技术水平，把一瓶五百毫升的矿泉水加速到光速， 需要的能量相当于全球所有核电站运行一千年的总和。那有人会说，光速每秒三十万公里，这不是很快吗？醒醒吧，这速度在宇宙里慢如蜗牛。你在火星给地球发个消息，要等二十二分钟才能收到回复。 这时间你女朋友早把你拉黑了。你从比邻星，也就是离太阳系最近的恒星给地球打电话，地球收到时已经过了四点二年，那时你的狗可能都死了。 如果现在有外星人用望远镜看地球，他们看到的不是你刷手机，而是秦始皇统一六国，因为光走了两千两百年才到那里。银河系直径十万光年，你开着光速飞船从地球飞到银河系边缘 需要五万年，而人类寿命才一百年，你还没飞出太阳系就已经死了。更绝望的还在后面。一九九八年，天文学家发现宇宙正在加速膨胀，距离我们一百四十亿光年以外的星系，他们远离我们的速度已经超过了光速。也就说，就算你以光速出发，永远也追不上那些星系， 他们会永远退出你的视野。中科院在二零二四年的计算表明，以光速计算，人类能够到达的宇宙范围只有一百六十亿光年，而可观测宇宙的半径是四百六十五亿光年，剩下的三百多亿光年你永远也去不了。这意味着什么？意味着我们被永远困在了一个 半径一百六十亿光年的宇宙监狱里。那些更遥远的星系，更壮丽的天体，我们永远到达不了，那真的就没有办法了吗？科学家们提出了一些理论上的可能。第一个是虫洞。 根据广义相对论，时空可以被极端扭曲，形成连接两个遥远地点的通道。如果我们能找到或创造虫洞，就可以跳过中间的距离，瞬间到达目的地。这不违反光速限制，因为你没有在空间中超光速移动， 而是走了条捷径。但问题是，维持一个虫洞需要负能量物质，而人类从未观测到负能量物质的存在。第二个是取速引擎。一九九四年，物理学家米格尔阿尔库比耶雷提出一个疯狂的设想，让飞船前方的空间收缩，后方的空间膨胀。飞船本身待在一个不动的泡泡里，听起来很美好， 但墨西哥物理学家在二零二四年的最新研究显示，要实现这个效应，需要的负能量相当于整个木星的质量转化成纯能量。人类目前连制造一刻反物质都做不到。但就在你以为彻底绝望的时候，二零二三年，中国的墨子号量子卫星实现了上千公里的量子纠缠通信， 两个纠缠的粒子无论相隔多远，改变一个粒子的状态，另一个会瞬间改变。这个速度突破了光速限制，虽然现在还不能传输有用的信息，但这至少证明了光速限制不是绝对的铁律， 宇宙还留有后门。还有一个更实际的方案，世代飞船。既然一代人到不了，那就让子子孙孙继续飞。 nasa 在 二零二三年的报告中认真讨论了这个可能性，建造一艘能自给自足的巨型飞船，搭载上万人，用几千年时间飞往目标星系。这听起来疯狂，但想想我们的祖先， 他们走出非洲花了几万年，最终还是散布到了全世界。所以，光束到底是诅咒还是馈赠？它限制了我们的脚步，却让宇宙 变成了一本活的历史书。它让我们无法到达远方，却保护我们免受未知威胁。也许光速限制的存在，恰恰是宇宙给每个文明流出的成长空间，让我们有足够的时间进化、思考、准备，直到有一天，我们真正有能力去面对那无垠的心海。

如果一个物体不停的加速，最终会发生什么？假设我们将一个苹果放置在可以无限加速的飞船上，当速度达到光速的百分之五十时，神奇的事情发生了，飞船上的时间流逝会变慢。 当速度达到光速的百分之九十时，在飞船的视角里，前方的宇宙会向中心收缩并发出蓝光，而后方的宇宙则会拉伸并变红。 当速度达到光速的百分之九十九点九九时，飞船的质量会变得无比巨大。每提升一点点速度都需要消耗天文数字般的能量。 根据相对论，任何有质量的物体都无法达到光速。但如果我们打破规则，强行让他继续加速呢？ 当他无限接近光速的临界点时，巨大的能量会使其自身发生瘫痪。最终在超越光速的一刹那， 它会因为无法承载无限大的质量而彻底分解释放出其蕴涵的所有能量，形成一个微型的，能够瞬间吞食周围时空的起点， 一个短暂存在的迷你黑洞。就这样，一个普通的苹果在经历了无限加速的旅程后，最终触碰了宇宙的终极法则，化为了时空的起点。

你光速运动是什么感觉？你可能认为是这样，快速从地球上空飞过，然后各种景物从身边疯狂掠过，但其实你看到的是这样，你根本来不及观察任何景物，就回到了原点。一秒钟你看了七遍同样的景象。

亲爱的乘客，欢迎登上本次近乎光速的观光键。在系好安全带前，请先忘掉所有关于速度的常识。我们即将进入的是一个光线会弯曲、星空会跳舞、空间本身可以被压缩的领域。 本次旅程的视觉奇观将完全颠覆您的预期。第一部分，启程被旋转的真相 当引擎启动速度攀升至光速的零点九倍时，请您望向窗外那个与我们并肩的测试立方体。根据爱因斯坦的狭义相对论，他本应在运动方向上物理性收缩，但请仔细看，他并未被压扁。 相反，他像一个被无形之手拧转的魔方，各个面发生了奇异的旋转和扭曲。这就是著名的特雷尔彭罗斯效应。 我们看见物体依赖的是同时到达眼睛的光线。由于物体前后部分的光到达时间存在差异，在接近光速时，这种光线的延时会完全抵消物理上的收缩，并产生物体在旋转的是错觉， 您看到的并非他的真实形状，而是光线、时间和速度共同编织的一场视觉魔术。实验室中，科学家们正是用超短脉冲激光切片扫描静止物体，才模拟出了这幅动态幻象。 第二部分，航行在扭曲的星光隧道中当速度无限接近光速，真正的宇宙剧场才拉开帷幕。您将目睹三大效应的交响。一、星空大转移， 如同驾车冲进暴雨，所有雨滴都仿佛来自正前方。此刻，全宇宙的星光都在向您的前方聚起、压缩，最终形成一个令人目眩的狭窄光追。您不是在穿越星空，而是在冲向一条由星光扑就的隧道尽头。二、 色彩二重奏前方的星光被极度压缩，难以成幽冷神秘的紫色与蓝色。 身后的星光则被拉长红移成暗红并迅速暗淡，仿佛宇宙在您身后缓缓熄灭。三、亮度急化前方的天体亮度急剧增强，如同宇宙探照灯，后方的星空则沉入深邃。 多普勒效应与亮度变化的结合可能让近处的星球仅剩下一团色彩诡拙的亮斑，其形状的扭曲反而退为次要。第三部分抵达， 当空间本身开始折叠，此时，一个更深刻的悖论浮现在地面观测者眼中。您的旅程或许长达数万年， 但在您的船舱内，由于时间膨胀效应，您可能只喝了几杯咖啡。更奇妙的是，由于长度收缩效应，前往仙女座星系的两百五十六万光年路程在您看来可能被压缩至短短数十光年，却引出了最终的幻想， 如果空间能像一张纸般被折叠，我们是否能超越光速？广义相对论允许一种理论可能，驱速驱动。 它不是推动飞船，而是压缩前方的空间，膨胀后方的空间制造一个驱速炮。飞船在炮内静止，由空间本身携带着超光速移动。 尽管这需要上述科幻的负能量物质，但他为我们标识了物理学的下一个边疆，驾驭空间结构本身，所以请尽情欣赏窗外的奇景。 您所见的并非一个被缩小的宇宙，而是一个被相对论彻底重塑的全新的时代。我们到达的并非远方，而是人类理解力的边界。

为什么不同速度的人测到的光速一样？一句话，因为你站在螺旋上。 一个关键事实，你、仪器、光原子钟全都站在同一个空间螺旋上， 你不是在空间里运动，而是在空间螺旋的发散流中被携带，被重排。 这就是章的统一场论和徐玉川的自然本源要你先承认的站位。那为什么不同速度的人测到的光速一样？因为你改变的只是你在螺旋上的切向投影，你没有改变螺旋本身的节律， 就像你站在旋转的传送带上走快走慢，但传送带转速没变，所以 你觉得时间变了，你觉得长度变了，你觉得质量变了，但你测到的传播速度始终一致。最硬的一句话， 相对论的光速不变不是因为光特殊，而是因为空间本身在以光速螺旋发散。 一旦把光速不变从光的属性改写为空间螺旋的属性，相对论就不再需要任何哲学防御。想参与求证的私信我，我们按步骤做，记录出结果。

一七二八年，布拉德雷通过长期观测恒星位置周年性变化，指出并解释这是由于光速有限，以球公转运动共同导致的光学效应。 这种效应被称为恒星光行差现象。具体意思是指地球看到的恒星不是恒星所在的真实位置，地球上所看到的恒星会在地球运动方向上偏移。 这种光形叉现象和雨中奔跑是同样的现象，奔跑的人看到的雨滴是斜着飞过来。光形叉表明真空中存在一种绝对静止的光戒指，这种光戒指被称为乙钛。地球在乙钛中穿梭漂流，就像这样，恒星发出的光， 地球在恒星光中穿梭，现在是我们的上帝视角看到地球穿梭的样子。地球接收的恒星光线并非来自同一条线传过来的， 每个时刻都在接收新路线射过来的光线，而地球视角看到的是这样的，与上帝视角看到的结果会不同。地球视角看到的和雨中奔跑是一样视觉效果，区别就是雨的速度慢，光的速度快。一八八七年， 迈克尔逊与莫雷完成了著名的干涉实验，实验目的就是为了探测绝对静止的乙钛。实验结果为，在地面没有探测到相对地球运动的乙钛。实验是以恒星光形差现象为基础，地球势必在乙钛中穿行，则地面必有乙钛风。 起初在实验中认为，由于地球以三十公里每秒的速度相对以太运动，则光源发出的光到反射镜时，若垂直臂的反射光与平行光路垂直时，将无法直接射到反射镜， 因为光在行进的路程中，仪器整体也在向右移动，为了让反射光能顺利到达反射镜，这反射光需倾斜一定的角度斜向发射， 计算出光路与平行 b 的 夹角为八十九点九九四二六度。所以理论计算垂直 b 的 光速为根号下 c 平方减密，平方平行 b 光路速度往返为 c 减密和 c 加 v。 按照这个数据， 将仪器旋转九十度后，感知条纹应当有零点四个条纹移动，但得到的结果却小于零点零一。其实这个实验有一个很重要的点，大多人没注意到。 迈克尔逊与莫雷在垂直避光路的调试中发现，当给反射光调整角度斜向上发射时，反射光反而打不到镜子上。避长十一米， 斜向上发射的光与目标位置偏移了一毫米，斜着反射光线无法形成干涉条纹。最终发现，不需要斜着打 与平行 b 完全垂直才能产生干涉条纹。垂直 b 的 往返光速实际均 vc。 其实从这里就能隐约觉察到实验中很重要的信息，若地球相对以太运动，反射光必须斜着发射才能产生干涉条纹，否则将漂移出镜子。 为何完全垂直于平行壁，却能正常产生干涉条纹呢？那必须要有一种隐形的力量推着这束反射光跟随仪器同步运动。那这鼓力量来自哪里呢？答案有几种。 第一种，在地球惯性系下，地球的运动裹挟着光波一起挪动，符合实验结果。第二种，地球裹挟着光戒指一起同步运动，也符合实验结果。第三种， 观察者用意念果斜着光与自己保持恒定相对速度，无论观察者向东或向西运动，垂直臂的光速同样也向东或向西运动， 永远与观测者保持相对速度不变。如果有无数个观测者运动这树光，就有无数个分身与所有观测者保持相对速度不变。有没有听出来，这个用意念控制下的效果就是和爱因斯坦的光速不变是一个意思了。 无论观察者怎么动，这树光永远与观察者的关系依旧，这种也符合实验结果。以上这三种都能符合实验结果，但都与恒星光行差现象相矛盾。这三种答案如果是对的， 地球上就观测不到光行差现象结果。就像这样，地球向东运动，这光线也跟着地球一起向右运动，地球向西， 这些光线也跟着向西，地球上就观测不到光形差现象了。那还有没有第四个既能解释干涉实验，又不违背恒星光形差现象的答案呢？ 第四个解释是有的。由于光是一种电磁波，电磁波是电磁场相互激发震荡产生的能量波，所以光波的介质就是电磁。在地球引力范围内，新产生的光介质会被地球惯性迅速加速至与一球同步， 光界质被加速至与地面同步的时间在几十毫秒，所以进地面的光界质与一面相对静止。而恒星发射到地球的光波，光波界质还未来得及被地球拖拽加速就抵达了地面， 所以地球上能观测到恒星光形差现象。这个猜想与斐索流水实验拖拽以太实验相吻合，大家可以看看斐索流水推动以太的实验。

光子不用加速，每秒就能飞三十万公里，它的动力是从哪来的？光子是宇宙中最熟悉的陌生人，当你按下手电筒的开关， 一束光瞬间划破黑暗。在这一刹那，无数个光子从灯泡中喷涌而出，以每秒三十万公里的惊人速度向前狂奔。这甚至快的让我们失去了概念。 一秒钟，光可以绕地球赤道七点五圈，哪怕是去月球也只需要一点三秒。然后，这里有了一个困扰了无数人的直觉悖论，在这个宇宙中，任何运动似乎都需要代价。 但是光子既没有引擎，也没有油箱，他凭什么一出生就拥有宇宙极速？他是如何在长达一百三十八亿年的飞行中，不消耗一丝一毫动力，永远保持这个速度狂奔的？他的动力到底从哪来？今天，我们将抛开枯燥的公式， 潜入物理学的底层逻辑，揭开光子那无需动力的极速之谜。我们之所以会问光子的动力从哪来，是因为我们的大脑被牛顿力学给格式化了。 在我们的日常经验里，运动分为三个阶段，静止、加速、维持。如果我们把光子想象成一颗微小的子弹，那他简直就是个怪物，他没有加速过程，也没有能量损耗。但真相是，光子根本不是物质实体， 它甚至没有质量。经典力学中，力，质量和加速度的关系没法用在光子身上，你不能用推箱子的逻辑去推光子。 光子不需要动力来维持速度，因为在真空中没有摩擦力，光子也不需要动力来加速，因为它从诞生的那一刻起，就是最高速度。 要理解光为什么能跑这么快，我们必须回到十九世纪。麦克斯维发现，光本质上是一种电磁波。光是变化的电场和变化的磁场交织而成的。 法拉蒂电磁感应定律和安培定律告诉我们，变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场。这是一个完美的闭环。光子在飞行时，他的电场也在变化，又立刻生出了电场。电场推着磁场， 磁场推着电场，左脚踩右脚，右脚踩左脚。所以光不需要外部的引擎。光本身就是一种自我维持、自我再生的波动机制。 这就解释了它为什么能飞，但还没解释它为什么非要是三十万公里每秒，为什么不是慢悠悠的一百公里每秒。要回答光速本身，我们需要触碰现代物理学的圣杯希格斯场。 这是二零一二年才被实验彻底证实的理论。想象一下，整个宇宙空间并非空无一物，而是充满了一种粘稠的糖浆，这就是希格斯场。绝大多数基本粒子，比如电子夸克 在穿过这层糖浆时，会与希格斯场发生相互作用，这种相互作用产生了阻力。这种阻力在宏观上的表现就是质量。电子在糖浆里游得很辛苦， 所以它有质量，跑不快，永远无法达到光速。质子更重，因为它在糖浆里裹得更紧。但是光子是一个异类，光子对希格斯场完全免疫。 它穿过这层宇宙糖浆时，就像幽灵穿过墙壁，不发生任何相互作用，不沾染一丝一毫的阻力。因为没有质量，光子不需要任何力来推动它。在宇宙的底层逻辑里，任何没有质量的东西，都必须以宇宙的极限速度移动。这个极限速度，我们称之为光速。 所以不是光子努力跑到了三十万公里每秒，而是因为它没有质量，它无法慢下来。光速是这个宇宙中 无质量粒子的默认速度，如果有一天你也没了质量，你也会瞬间被弹射到，光速不由自主无法刹车。让我们来看看光子诞生的那一瞬间。比如你点燃一根火柴，原子核外的电子吸收了能量，从低能级跃迁到了高能级。电子处于高能级是不稳定的， 他想回到底层去。当电子跳回低能级时，多余的能量必须释放出来，这份能量就变成了一个光子。 在这个过程中，光子并不是像火箭那样，从零加速到一百，再加速到三十万。他是瞬间出现的，他不需要动力来起步。由于他是能量的代替，是波包，他一旦存在，就只能以光速存在，如果他减速了，他就不是光子了。对于光子来说， 存在即光速。如果上面的解释还不够震撼，爱因斯坦的狭义相对论将提供一个更终极的视角。 从光子的角度看，他根本就没有飞行。相对论告诉我们，速度越快，时间流逝越慢，空间距离越短。当一个物体的速度达到光速时，时间膨胀达到无穷大，时间停止了，尺度效应达到无穷大， 距离变成了零。这意味着什么？假设一个光子从一百三十八亿光年外的遥远星系飞向地球，在我们地球人看来，这颗光子在茫茫宇宙中跋涉了一百三十八亿年，历经沧桑，好不容易才飞进我们的望远镜， 但是在光子自己的视角里，他离开那颗恒星的一瞬间，就已经到达了地球中间。这一百三十八亿光年的距离对他来说被压缩成了零。这一百三十八亿年的时间对他来说是零秒。既然路程是零，时间是零，那还需要什么动力呢？ 所以对于光子来说，他的出生地和终点站是重叠在一起的，他不需要推进器，因为他觉得他根本就没有动。所以光子不需要动力。这个问题的本质是，我们用人类那缓慢、 沉重、受时间束缚的视角，去揣测一个超越了时间的幽灵。既然光子飞行不需要消耗能量，那是不是意味着光是永恒的？ 不完全是，虽然光子不需要动力来维持速度，但他会因为宇宙膨胀而失去能量。这里要区分清楚光的速度和光的能量。当光子在膨胀的宇宙空间中飞行时，空间本身在拉伸， 光子的波长也被拉长了。波长变长，频率变低，能量就变小了，这叫宇宙学红移。但 大爆炸遗留下来的光子，最初是能量极高的伽马射线，经过一百三十八亿年的空间拉伸，现在已经变成了能量极低的微波。他们依然以光速飞行，但已经从生龙活虎变成了奄奄一息。最后让我们重新审视一下这个问题。我们问光子为什么不需要动力？ 这潜台词是觉得我们这种有质量、需要推动的状态才是正常的，但也许光的状态才是宇宙的出场设置。在宇宙大爆炸的最初瞬间，所有粒子都没有质量，大家都以光速狂奔。世界是一片纯粹的光的海洋，是后来希格斯场的冷却，才让电子 夸克这些粒子凝结了下来，获得了质量，被迫减速，最终聚合成原子星球和我们，我们这些由于质量而变得迟缓的物质，才是宇宙中的异类和沉淀。光子作为宇宙的姓氏，他从未被禁锢。他不需要动力， 因为它本身就是能量的化身。它不需要加速，因为它代表了因果律的极限。下次当你看到阳光洒在窗台上，请记得，那不是一束远道而来的客人，那是宇宙最古老、最纯粹的自由。跨越了时空的屏障，瞬间抵达了你的眼眸。