光速奔跑会发生什么

你以为光速是宇宙最快的东西？错了，有一种东西比光速还快，科学家亲眼目睹过，却永远无法追上他，那就是宇宙本身的膨胀速度。光在拼命奔跑，宇宙却在他前面疯狂的把终点线往后拉。 所以有些星球发出的光永远无法抵达地球。不是距离太远，是光根本追不上宇宙膨胀的速度，那些光就这样消失在黑暗里，永远不会被任何人看见。 光速是每秒两亿九千九百七十九万两千四百五十八米，这个数字是宇宙的硬性规定，没有任何物质能够打破。爱因斯坦说，一旦你的速度接近光速，时间会开始对你撒谎，你衰老的速度会慢下来，慢到你出门旅行一圈回来。地球上的人早已不认识你，但先等一下， 你真的理解光速有多快吗？光一秒可以绕地球七点五圈，你眨一下眼睛的时间，光已经跑了大约三千公里。从地球到月球，光只需要一点三秒。这个速度放在地球上确实快到无法想象。然而就是这么快的速度，一旦放到宇宙的尺度上，它就开始变得让人绝望。 从太阳说起吧，此刻你看到窗外的阳光，那不是现在的太阳，那是八分钟前太阳发出的光。也就是说，如果太阳在此刻突然爆炸，你不会立刻知道，你会再平静的过完八分钟，然后光才到，继续往外走。木星距离地球约七点八亿公里，光跑过去要四十三分钟， 冥王星更远，光需要五点五个小时才能抵达。你给冥王星上的探测器发一条指令，等他收到指令，再等回复传回来，一天 就这么过去了。现在你知道 nasa 的 工程师为什么那么难熬了吧？因为他们根本没有办法实时控制任何远距离探测器，每一次操作都是在堵。那走出太阳系呢？人类目前飞的最远的探测器是旅行者一号，他一九七七年发射到今天已经飞了将近四十七年，飞出了两百五十三亿公里。 听起来很厉害对吧？但换算成光速单位，他只走了零点零零二光年的距离，他还需要再飞大约三万年。 三万年！现代人类文明的全部历史加起来还不够好。假设我们有一艘更快的飞船，人类目前速度最快的飞行器是帕克太阳探测器，速度高达每秒一百九十公里，相当于光速的百分之零点零六四， 这已经是人类工程史上的速度极限了。但就算用这艘飞船去距离我们最近的恒星比邻星，它也需要飞大约七千年才能抵达。 不是七千天，是七千年。按这个速度出发的文明，到达目的地的时候，出发时的语言、文化，甚至基因，可能都已经面目全非了。那如果我们能造出光速飞船呢？答案更令人窒息， 即使造出来了，你也永远飞不出银河系。银河系的直径大约是十六万光年，光从这头跑到那头需要整整十六万年。就算你朝着最短方向飞，垂直穿越银河系的盘面，也需要约三千年才能出去，出去之后 才是真正的黑暗。银河系之外是一片几乎空无一物的虚空，间系和星系之间的距离动辄就是数百万光年。我们的邻居仙女座星系距离我们两百五十四万光年， 就算以光速飞行，那也是两百五十四万年的旅程。在这两百五十四万光年的路上，几乎没有任何恒星，没有任何行星，只有永无止境的黑暗和寒冷的真空。此刻我们看到的仙女座，是两百五十四万年前的样子。那时候人类的祖先还在非洲拿石头互相敲， 而那里发出的光今晚才到你眼睛里。你现在仰望的不是星空，你在看的是宇宙的过去。 所以问题来了，光速能不能被突破？爱因斯坦早就给出了答案，不行。当一个物体的速度越来越接近光速，它的质量就会不断增加，越快越重，越难加速。当你真正达到光速的瞬间，质量会趋向无穷大， 而推动他所需的能量也会趋向无穷大。这不是工程问题，这是物理上写死的规则，任何科技都无法逾月。光素是宇宙刻在时空结构里的一条死线，但科学家们从来不是认命的人，他们想出了两条绕路，趋速、隐形和虫洞。 先说驱速引擎，这个概念的核心不是让飞船自己跑得快，而是在飞船前方压缩空间，在飞船后方拉伸空间，让飞船像冲浪一样骑在时空的弯曲波浪上前进。理论上，这种方式不违反相对论， 因为飞船本身没有超速，是空间在移动。听起来像科幻没错，但它有严肃的物理学基础，最早由物理学家米格尔阿库别瑞在一九九四年正式提出。再说虫洞，想象把一张纸对折，然后在折叠处戳一个洞，原本两岸相距很远的两个点瞬间就贴在一起了。 虫洞就是宇宙里真实存在的这种折叠通道。理论上，它可以把相隔亿万光年的两个点直接相连， 旅行时间可以是几秒甚至为零。更令人兴奋的是，近几年的实验物理在这个方向有了真实进展。研究人员已经能在实验室里制造出微量的负能量流，而负能量正是维持虫洞稳定、防止它立刻瘫缩的关键材料。这不再是纯粹的幻想，它已经进入了实验阶段。 当然，现实依然很骨感。要维持一个足以让飞船通过的稳定，虫洞所需的能量可能远超整个太阳系的总能量输出。曲速引擎目前也只能在理论模型和极其微小的尺度上讨论。 但你知道，一百年前，人类还觉得飞上天是痴人说梦。五十年前，我们把人送上了月球。二十年前，我们第一次拍到了黑洞的照片。人类从来不是因为看见了可能才去追，而是因为追了 才看见了可能。还有一件事你可能没想到，最近科学界正在经历一场更大的震动。二零二五年，包括中国科学院国家天文台研究员赵公博团队在内的多个国际团队，通过暗能量光谱仪项目的最新数据，发现 推动宇宙膨胀的神秘力量。暗能量很可能并非一个固定的常数，而是随着时间在演化，甚至可能正在减弱。韩国延世大学的研究也同步指出，宇宙的膨胀速度可能已经开始减缓。 这意味着什么？意味着那条把终点线越拉越远的宇宙膨胀有可能正在减速，未来也许宇宙会停下来，甚至反向收缩，走向一场叫做大坍缩的终局。 一切的终点，可能是回到那个出发时的起点。所以你看光速这件事，远不止是快或慢的问题，它是宇宙给所有智慧生命划的一道边界线。在这道线以内，我们能感知、能触碰、能影响。在这道线以外，是我们永远看不到，也永远够不着的地方。 物理学家把这个结构叫做光追。过去的光汇聚进来，构成你知道的一切，未来的光从你出发，构成你能影响的一切。而光追之外的区域，对你而言根本不存在，就算那里有一个灿烂的文明正在对你呼喊，你也永远不会听见。光放在宇宙的尺度上，慢的像一只蚂蚁， 但它是宇宙给出的全部，是这个时空里最高的上限。正因为有这道限制，每一束跨越亿万光年抵达你眼睛的星光，都不只是光。 那是宇宙用几百万年、几千万年，甚至几亿年寄出的一封信，穿过无边无际的黑暗，只为了在某一个晚上，落在某一个抬头看星空的人的眼睛里。宇宙很大，大到光都跑不完，但人类很小，小到一个念头就能想到宇宙的尽头，这也许才是光速真正的意义。

如果说光锥之内就是命运，那么当我们达到光速后又会发生什么？假设你乘坐一艘可以不断加速的飞船，随着速度的变快，你可能会认为你的身体将无法承受如此快的速度，但事实并非如此。 根据爱因斯坦的广义等效型原理，重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的，所以在飞船中的你不会受到任何影响。 随着不断的加速，我们将会看到一个奇异的光形差景像，整个星空将在我们前方的视野中不断收缩，并随着前方光线的汇聚而变亮。与此同时，在我们的后方将会看到星空不断扩张，且亮度会变得越来越暗。 假设我们将时空看作是一个巨大的网格结构，在没有引力影响的宇宙区域中，空间是和时间垂直的其他 任何方向的集合，他们的结构都是笔直的，时间和空间会形成对称的直线网格。随着速度的加快，光型差会扭曲视野中的时空，使直线看起来变得弯曲，所有物体似乎都处于收缩状态。 如果此时我们用一个超级望远镜回望地球，就会看到神奇的多普勒效应。地球上的人动作变得越来越慢，地球上的每一秒也都需要更长时间才能到达我们。随着图像的宏移，地球的亮度也将逐渐变暗， 而在我们前方却看到一个与之相反的景象。由于飞船不断追赶前方的光线，从而发生了蓝仪现象，使前方的恒星变得越来越亮，其时间的速度也越来越快。其实这些只是由于接收光线的不同所带来的视觉变化而已。随着 这速度的加快，当逐渐接近光速时，就会触发不可逆转的物理现象，那便是爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应。我们的宇宙是一个由三维空间和一维时间所组成的四维结构。虽然在空间中，我们可以往任意方向移动，不会受到任何束缚， 但在时间中，所有物体都遵循从过去走向未来的直线，并迫使其永远无法回头。当飞船起飞后，他与地球共同朝着未来前进。但由于飞船逐渐接近光速，使其时空的轨迹逐渐与地球轨迹偏离，地球与飞船的时间轴将不再一致。 如果此时我们返回地球，就会发现飞船上的时钟要比地球上的时钟慢了许多。同时触发狭义相对论另一个重要的结果就是长度收缩 效应。当飞船不断加速，其长度会沿着运动的方向收缩。从飞船的角度看，整个宇宙都在向后移动，宇宙则会沿着我们的方向收缩。因此，我们到达目的地的距离比预期的要短得多。 此时所谓的距离变化已经不再是视觉上的错觉，而是真实的物理现象。飞船的速度越快，与目的地之间的距离就会越短。当接近光速时，数千光年的距离几乎可以瞬间到达，但对于地球上的人来说，已经过去了数千年。 为了进一步理解，假设有一颗行星以极快的速度靠近我们，他的尺寸将会收缩，因为我们看到的距离越远，就意味着我们看到更遥远的过去。从我们的视角看，行星背面所发出的光要比其正面发出的光更完 到达我们的视野，因此我们看到的行星似乎处于旋转状态。这种现象被称为特雷尔旋转。并且根据相对论，任何有质量的物体都无法超过光速，即使飞船不断的加速也只是在追赶光线而已。 虽然从地球上看，飞船已接近了光速，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。但广义相对论告诉我们，时空结构是动态的，可以以多种方式弯曲。我们假设将飞船放进一个气泡，并将其推动超过光速， 这就是科幻小说中的曲速引擎。此时不再是通过空间飞行器的缩放问题，而是推动空间本身的结构。此时的飞船处于静止状态，并在比光速更快的空间中进行冲浪，但目前人们认为这种技术 无法实现。由于制造一个曲速引擎需要大量的反物质，而这又是一种不存在于目前宇宙的物质形式，所以只能通过数学进行模拟计算。在这种情况下，如果我们从外面看区域，引擎似乎会凭空出现。时空的区域偏离了光线的轨迹， 形成了一个移动的透镜。透镜被分成两个部分，一个部分向前运动，另一个部分则反方向运动。当他靠近时，光的传播速度会慢于曲速引擎本身，导致光线还没有足够的时间到达我们，使我们接收到之前还没有到达我们的光和之后发射的光线。 从引擎内部，我们看到前面的空间被压缩，变得非常明亮，而身后的宇宙则看起来非常黑暗，整片天空会从我们视野中消失，因为后面的光线无法追上我，使得宇宙的追行区域永远无法被看到。

如果你以光速奔跑会发生什么？首先，每秒约三十万千米的速度会让你在一秒内绕地球跑七圈，一点二八秒就能够到达月球，三分钟到达火星，八分钟到达太阳。但由于行进速度过快，与空气分子剧烈摩擦，你的身体会在瞬间被燃烧殆尽，所以你必须穿上特制的衣服， 阻止高温炙烤。并且在奔跑过程中，沿途所有的障碍都会被你全部摧毁，所有的事物在你眼中就像静止的一样。假如你再跑快一点，超过光速，甚至还有可能会穿梭时空到达另一个世界。关注我，下期讲如果月球突然爆炸会发生什么？

假如你拥有二十四小时超快神速，会发生什么？你迈出一步，整个世界瞬间变慢，车辆缓缓蠕动，雨滴悬停在空中，路人如同雕塑般静止不动。你开始奔跑，一秒就冲到三条街外，在一试，几分钟就能横穿整座城市。交通拥堵对你毫无意义。你跑到邻镇买好早餐折返回来， 它飞都还没凉，你和火车赛跑，轻松取胜。沿着海边疾驰，身旁的海浪全都定格静止。一个下午， 你辗转走遍五座城市，山顶看日出，闹市吃午餐，在国土另一端看日落。这二十四小时里，距离彻底失去意义， 整个世界仿佛就是你的后花园。午夜来临，超能力准时消失，你再迈出普通的一步，反倒觉得现实世界的节奏慢的让人难以忍受。另外，在古罗马开一家达美乐披萨店能发财吗？一觉醒来，你身处古罗马，脑海冒出一个绝妙竹，开一家达美乐披萨店，在两千年前的罗马 做现代披萨外卖，简直是绝佳商机。上午晚些时候，你在世纪开始卖披萨，罗马人盯着披萨像看某种神奇的圆面包，而你站在一旁，神气十足，仿 佛自己发明了火种一般。正午时分，你打出招牌，三十分钟送到超市，免单外卖员骑马出发，结果遇上士兵游行，被堵在路上。这下好了，披萨没送到，还赶上战场凑热闹。傍晚人纷纷加购芝士、橄榄等配料。你暗自感叹， 一不小心竟开创了史上第一个披萨帝国。到了夜里，尤利乌斯凯萨点了一份大号披萨，吃完却压根不付钱。这时你才恍然大悟一个现实，在古罗马开打美乐确实能赚得盆满钵满，但唯独不能向凯萨催账要钱。

以超高速奔跑身体到底会发生什么？你终于获得了闪电侠的超能力，走出家门，准备一秒横穿整个国家，然后冲了出去。但两条颠覆认知的物理定律直接毁掉一切。第一，你 会瞬间彻底失明，因为你在以光速移动，光子根本来不及追上你的视网膜形成图像，你看到的不是酷炫的彩色残影，而是一片绝对的漆黑，盲目狂奔。第二，你会意外变成时间旅行者。根据爱因斯坦相对论，高速运动的物体 时间会大幅变慢。如果你绕着地球奔跑，对你来说只过了五分钟，等你停下时，外界已经过去了几十年。等你跑完，所有亲友早已在你不在的时光里垂垂老去。所以在你渴望这个梦幻般的终极超能力前，真的要好好想清楚。

倘若你的移动速度达到每秒近一千米，会发生什么？四十五秒后，你的时速达到四十五公里，轻松打破世界纪录，开启极速狂奔。第二十二分钟，速度飙升至每小时一千三百公里，成功冲破音障，高速穿行间，空气摩擦让你的身体开始自然。一小时后， 速度达到每秒十一公里。地球引力再也无法束缚你，你挣脱地星牵制，直冲浩瀚深空，永远离开了地球。一个月后，你化身人形炮弹，速度达到每秒七百二十公里，本有能力成功抵达火星，却瞬间炸裂成千百碎片。十年之后，你的速度突破每秒三十一点五万公里。 这一刻，你实现了时光穿越，整个太阳系被你远远甩在身后，穿梭抵达距离最近的恒星，成为世间速度最快的存在。地球时间三十四年，你终于达到光速，时间陷入静止，空间开始贪缩压缩，整片宇宙化作一道耀眼流光。你挣脱维度束缚，陷身于多元宇宙之中。但别忘了一个扎心的真相，跑得再快，也快不过按下快门的摄影师！

有粉丝问我，超过光速的体验会是什么？时间倒流还是不倒流？你敢问我就敢答， 但他的问题有点多啊，这次咱们就先回答这一半。首先，什么叫时间倒流啊？比如正时间杯子碎了的时间间隔叫德特 t， 而负时间负德特 t 就是 时间倒流了。 剩下就容易了呀。咱们来看一看狭义相对论的时间膨胀公式，前面的 d r t 撇，意思是时间间隔了多久？如果你想让时间倒流啊，就是让 d r t 撇变成负数，那好， 咱们来算一算，超光速能不能让时间倒流啊？比如一对二十岁的双胞胎，哥哥留在地球，弟弟以百分之八十的光速去宇宙旅行，回来的时候呢？哥哥七十岁，而弟弟只有五十岁，这个公式是成立的。但是如果弟弟以超光速分母变成了根号负三 算不了了呀。但是啊，他等同于虚数根号三 i 翻译成人话就是，如果弟弟超光速，那他的时间在数学上已经脱离向前和倒流，进入到我们人类无法理解的虚数维度上了呀。但是这都不是重点，想时间倒流其实不是靠超光速，而是空间 这个公式的完整版长这个样子，分母根号它不能是个负数啊。那为了让 darth t 片变成负数，就得让分子减号后面的部分大于前面，而核心变量就是空间距离的这个 darth x。 翻译成人话就是想时间倒流，你得改变空间的形状，比如虫洞或者闭合类似曲线，也就是把空间给卷起来。所以啊，别想着超光速时间倒流了，还是好好研究研究怎么手搓出来个虫洞吧？你还有什么脑洞大开的问题呢？你敢问我就敢答。

如果我们以光速移动，将会看到怎样一幅景色？相信这是每一个好奇心强的人都思考过的一个问题。本场 期视频我就带大家来体验一下从零加速到光速的整个过程。如果你只对相对论和光速感兴趣，那么请直接快进到五分二十八秒。 人类的步行速度是每小时四公里，慢跑时的速度为每小时八公里，自行车的时速是十五公里。 平时看起来动作迟缓的考拉全速奔跑时的时速竟然可以达到二十公里，而同样看似笨重的河马，奔跑起来后的最高时速将达到四十公里。最快的男人博尔特 在百米冲刺时的时速是四十五点四公里，而家猫在全力奔跑时可以轻松超过博尔特。体型巨大的灰熊可以以 五十六公里的时速奔跑，所以当人类在野外被灰熊盯上时，是无法靠速度甩掉灰熊的。狼在捕猎时的最高时速可达到六十八公里，他们跑完一百米只需要五点三秒，并且他们可以长时间保持高速奔跑， 以此累垮猎物。狮子被记录到的最高时速为八十公里，不过即使拥有如此高的速度，并且还是群体捕猎， 他们的狩猎成功率也只有二至三成。体重六百公斤的金枪鱼可以轻松游出一百公里的时速。陆地上奔跑速度最快的猎豹最高时速可达一百二十公里，他们的捕猎成功率可以达到四至五成。 一种叫做柠檬的昆虫飞行速度可以达到一百四十公里每小时。兰博基尼、法拉利、保时捷等名牌跑车的最高时速 可以达到三百公里以上。商用客机是一般人可以做到的最快的交通工具，他们巡航时的时速一般在八百至九百公里之间。比商用客机更快的战斗机可以超过音速 标准，大气压下的因素为一千二百二十五公里每小时。在战斗机的飞行速度超过阴缩一瞬间会发生阴暴现象， 这时会产生一个震耳欲聋的巨响和可以震碎玻璃的冲击波。在飞行史上，由于那时的人们还不知道英暴现象的存在，所以为对战斗机机身进行特殊加固，这时那时的飞机在超过音速时，机身被英暴震碎，牺牲了不少飞行员。 拥有最大运载能力的火箭土星五号最高时速高达九千九百二十公里。所有的阿波罗登月任务都是由土星五号执行的。已经退役 的航天飞机从宇宙空间返回大气层时的时速为两万七千三百六十公里每小时。这一过程是载人航天中风险最高的环节之一， 需要有特殊的措施来保护航天飞机，以避免其受到燃烧、震动、冲击等损害。国际空间站 iss 以时速两万七千七百公里围绕着地球旋转二零二零年，国际空间站对一般民众开放了旅行业务。 如果你支付给 nasa 五千八百万美元，他们就可以把你送上空间站，并让你在太空中住上几晚。土星围绕太阳公转时，其平均时速为三万五千公里。土星要花三十年才能绕太阳一周。 载人飞行器阿波罗十号在从月球返回地球的过程中，最高时速达到了三万九千八百九十七公里，这是人类乘坐过的所有飞行器中的最 要。记住，阿波罗十号是载人登月的最后一次彩排，当时他离月球最近时仅有十五点六千米。除了最后的降落过程以外，阿波罗十号执行了真正的登月所需要完成的所有步骤。 木星绕太阳公转时的平均时速为四万七千公里，他绕太阳一周所需要的时间为十二年。一九七七年九月发射的旅行者一号是目前距离地球最远的人造飞行器， 他已经穿越太阳圈并进入了星际戒指。由于其次隐蔽加速，他现在的速度已经超过了第三宇宙速度，这意味着他的轨道再也不能引导自己返回太阳系。旅行者一号已经成为一艘星际航天器。 希克苏鲁伯陨石估算直径十至十五公里，他约六千五百万年前以时速七万两千公里 撞击了墨西哥尤卡坦半岛，释放出两百万倍于沙皇氢弹的能量。陨石坠落后引发大规模海啸，并使大量高热灰尘进入大气层，长时间遮蔽阳光， 使植物无法进行光合作用，导致食物链上层的草食性恐龙、肉食性恐龙灭亡。地球围绕太阳公转的平均时速 比稀客苏鲁伯陨石的坠落速度还快。从地球起飞的航天飞行器甚至可以借用地球的公转速度获得很大的初始速度。水星的平均公转时速高达十七万公里，他八十八天就会绕太阳一圈，是太阳系最小最快的行星。 哈雷慧星的最高时速为十九万八千公里，他每隔七十五年才能从地球上被观测到一次。于一九七六年发射的太阳探测。 太阳神二号飞行器在当时创造了人造飞行器的最大速度记录二十五万两千七百九十二公里每小时。拉萨于二零一八年发射的派克太阳探测器打破了太阳神二号的记录，时速达到了三十四万三千公里每小时， 是目前人造飞行器的最高时速。预计他在二零二五年最接近太阳时，速度将达到六十九万公里每小时。这一速度是光速的百分之零点零六四，宇宙中最快的速度，光速为十亿八千万公里每小时。 当我们渐渐接近光速时，科学家认为我们将看到以下景色，在我们前进方向上的事物将看起来都蒙上了一层蓝色，而我们身后的事物将看起来像蒙上了一层红色。这个现象是由光的多普洛效应引起的。具体来说， 前进方向上的光由于波长变得越来越短，所以会越来越接近蓝色。而身后的光由于波长越来越长，所以会越来越接近红色。当我们进一步加速后，由于光形差造成的影响， 这时所有的光都看似是来自我们前方。这个原理类似于下雨的时候，如果我们开着车在雨中高速前行，雨滴就看起来像是从前方倾斜落下一样。 同时，当移动速度接近光速时，还会发生落轮子收缩效应。所有存在于我们前进方向上的事物在我们看起来都将开始缩小。 当我们的速度接近光速时，被我们甩在身后的事物发出的光将开始追不上我们，所以我们所能看到的视野将会变得越来越小。同时，由于多普乐效应仍然存在，我们视野中的光其波长将越来越短，他们逐渐 从蓝色变为紫色，然后更进一步变为紫外线。也就是说，可见光将渐渐消失，虽然在理论上无法实现。如果我们的移动速度达到光速， 可见光将从我们眼前完全消失，这时的我们看到的将会是一片黑暗。

假如一只猫同时以光速冲向月球，会发生什么？今天我们就用宇宙星图放大一千倍，带大家看看月球。打开宇宙星图按键头，找到月球，打开天文望远镜模式，调节焦距放大，月球清晰呈现。 假如一只猫以光速冲向月球，会发生它在接近月球瞬间释放难以想象的动能，撞击能量远超百亿颗核弹，月球表面被直接气化，炸开，巨坑，岩石隆起，月球结构甚至让月球轨道偏移崩解， 强光与高能粒子横扫地月系，地球大气被冲击扰动，卫星与空间站全毁，地表遭受强烈辐射。这只猫不会抵达月球，而是在撞击瞬间彻底湮灭，地月系统都遭受毁灭性打击。