光，是人眼可看见的一系列电磁波，也称可见光谱，在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性和波动性，称为波粒二象性。

对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人眼所能接受的光的波长在308~~760nm之间。人们看到的光来自于宇宙中的发光物质（例如恒星）或借助于产生光的设备，包括白织灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等，可以说因为有了光，使得我们生活的世界更加流光溢彩，不过，要说到光最大的特点，那就是一个字“快”，光在真空中的传播速度达到了每秒钟30万千米，为自然界目前已知的最高速度，甚至可以说光速在某种程度上定义了我们整个宇宙。

在1915年，爱因斯坦发表了狭义相对论，在这一理论中爱因斯坦指出，光速是物质运动速度的极限没有任何物质能快过光，但是我们总是会怀疑，事实真的就是如此吗？当然对于我们现在的生活而言，超不超过光其实无所谓，因为我们现在在地球上有高铁有飞机，想去地球的任何一个地方都很方便快捷，但是如果到了某一天，地球呆不下去了，人类需要移民或者去遥远的外星系开采资源的时候，光速的限制就会显得十分明显，那个时候我们就不得不考虑快速的问题了，光速虽然快，但是相对于广袤的宇宙来说，光速旅行依然要耗费难以想象的时间，就算以光速到达太阳都需要八分钟，即便是去到离我们最近的恒星系半人马座α，以光速前进依然需要四年，好了不说太多回到主题，光速对于现代的我们而言也许是极限，但是对于广袤的宇宙来说还会是极限吗？或者换句话说，从理论上来说是否有可能超越光速呢？很多人认为超越光速还有可能出现很多意想不到的事情，例如如果实现超光速通信可以穿越时空回到过去等等，这些诱惑让人们的确很想一试。



之前我们说过爱因斯坦在狭义相对论中提出光速是物质运动极限速度，而在这之前还有一个观点，那就是光速不变原理，意思就是光速在真空中的传播速度恒定不变，不会因为参照物或者测量方式的不同而改变，其实这个说法早在之前麦克斯韦就已经提出过，爱因斯坦也正是根据麦克斯韦的这一观点得出了光速为宇宙最高速度的结论，进而得到了整个完备的相对论体系，光速不变原理是整个相对论的基本出发点之一。
那么我们就先来了解一下光速不变原理，按照我们的常识，假如在一辆以速度v1运行的火车上，我以v2的速度在火车上奔跑，那么对于火车上的人而言，我的速度就是v2，但是如果是站在地面上的人而言，他们眼里我的速度又是多少呢？答案很显然是v1+v2，这样的速度叠加原理我们都能理解，但是如果在非常高速的情况下，这样简单的速度叠加原理能不能使得叠加后的速度超越光速呢？现在我们假设火车的速度为0.8c（c为光速），我奔跑的速度为0.3c，那么按照刚才叠加原理，地面上的人看到我的速度应该为0.8c+0.3c＝1.1c，显然这个速度已经超越光速，可能很多人要说你不可能跑的这么快，那好，我们换个方式，一辆火箭以0.6倍光速向火星飞行，舱内宇航员拿着手电筒朝着火星发出一束光，那么对宇航员来说这束光的速度自然就是光速c，但是对于地球上相对静止的我们而言呢？按照常识，对我们而言这束光的速度应该是0.6c＋c＝1.6c，显然又超过光速了，不过实际情况并非如此，实际情况是，无论是站在火箭上拿着手电筒还是站在地球上拿着手电筒，发出的光速都是一样恒定不变的30万千米每秒，现在的科学家已经通过实验无数次的验证了这一理论，光在真空中的运行速度与观测者的运动状态无关，不论以什么样的方式什么样的参考系得到的光速都是恒定不变的，这就是著名的光速不变原理。当然，你可能觉得我们的火箭现在还无法达到这样的速度，实验测量火箭上的光速根本不切实际，也不具有说服力，但这没关系，因为我们有加速器，1964年欧洲核子中心利用他们的大型强子对撞机，把一个π介子加速到了0.99975倍光速，科学家对这颗π介子释放的光速进行了测量，实验测得的光速仍然是每秒30万千米，与真空中的光速分毫不差。

不过光速不变原理的结果证明显然与我们的常识不符，我在火车上运动，自然可以叠加我和火车的速度，可以用公式v1＋v2来表示，我速度很慢的情况下，用这个公式没有问题，但是，如果某一天火车的速度真的变得很快了，导致火车和我的速度用公式叠加后超过光速，而这又明显违背了光速不变原理，所以，单纯的速度叠加和光速不变原理是不能并存的，而爱因斯坦整合了常识与科学，他让我们重新认识了速度叠加的方法，从而使得光速不变原理与我们对速度的常识可以并存，这也是狭义相对论的绝妙之处，爱因斯坦的方法就在下面这个绝妙而又简单公式中。



公式我们就不多说了，毕竟我们今天的重点不在相对论，有兴趣的朋友可以自己查阅资料了解一下。




好了到这可能很多人会疑惑，标题是光速之上，为何讲了这么久的光速不变原理，原因也很简单，要理解为什么光速无法超越，从根本上我们得先明白光速的恒定性，由此至少我们能理解了为什么按经典的速度的叠加无法超越光速，那么既然不能这样叠加那有没有其他的办法呢？换个思维，从牛顿第二定律来看，对静止的物体施加一个外力，那么物体会沿力的方向产生加速度，从而实现加速，其关系遵循牛顿第二定律F=Ma，按照这一定律，我们是不是可以对一个物体施加足够大并且持久的力，使得物体产生足够大的加速度并持续加速运动，那么理论上而言，物体一直加速在某一时刻就可以达到甚至超越光速，听起来是可行的，但是实际上还是行不通的，因为根据狭义相对论，物体的质量会因为速度的增加而增加，按照相对论动、静质量变换公式，当物体速度达到光速时，物体的动质量会变得无限大，那么在回过头来看F=Ma这个公式，要保持加速度不变，加速到光速的物体质量变得无限大，那么所需要的力也要无限大，而我们根本不可能找到一个无限大的力，另一种理解，物体质量变得无限大，根据质能方程中能量与质量的转换关系，那么此时物体所具有的能量也就是无限大，能量不可能凭空而来，物体由静止时有限的能量变为无限能量，这无限的能量便是从外界获得，也就是说把物体加速到光速所需要的能量是无限大，所以这一方法再次失败，这里提到了一个动质量和静质量的变换，也是狭义相对论中的一个变换公式，在经典力学中我们往往不考虑物体动质量，只是用静质量来处理问题，但是不考虑不代表不存在，在高速情况下，动质量带来的影响就变得无法忽略了。这里也不多说，想了解的朋友一样可以自己查阅资料。

科学家们也还想过各种各样的方法企图去超越光速，但都以失败告终，光速似乎成了我们不可逾越的屏障，但是，我们无法让物体加速到光速，那么自然界可不可能存在一些本身就超越或者可能光速的现象呢？文本关系，这里我们只取一个例子做详细讲解。
大家可否还记得在《红移理论——膨胀的宇宙》那篇文章结尾小编提到的一个问题呢？如果不记得了可以翻一翻历史消息找到那篇文章，结尾的一段是“现在对红移有了更深的认识，我们也了解了现在的宇宙正在加速膨胀中，那么宇宙膨胀的速度可不可能在临界状态（坍缩态）前达到光速甚至是超光速呢？如果可能，那是否会违背爱因斯坦的相对论呢？这些问题我们留到下期探讨！”。



我们都知道，宇宙正处于加速膨胀状态中，根据哈勃的理论，离我们越远的天体，远离我们的速度越快，其远离速度与距离成正比，并且哈勃给出了计算公式，这就是著名的哈勃定律。按照这一定律，离我们越远的星系远离我们的速度就越快，那么宇宙尺度如此之大，这也就告诉我们一定存在某个临界点，在这个临界点之外的所有星系远离我们的速度都超越光速。换句话说，宇宙处于加速膨胀状态，那可不可能在坍缩之前膨胀速度超越光速呢？答案也是可以的，宇宙的膨胀速度可以超越光速或者说星系远离我们的速度可能超过光速，那这样是不是就可以宣告相对论错了呢?答案是肯定不能啦。

宇宙膨胀是一种时空的效应，所谓的星系超光速远离我们其实并不是星系在空间中的超光速旅行，而是整个时空在超光速膨胀，而这一点并不违背相对论，因为相对论所禁止的，是同一空间上的物质移动速度超过光速。那么时空超光速膨胀又是怎么回事呢？这就好像一个气球，我们在气球上标记两点，那么这两点就会有一个距离，当我们吹大这个气球，那么随着气球的膨胀，两点的距离也会逐渐变大，并且其远离的速度就等于气球膨胀的速度，那么现在假设这个气球可以无限的被吹大，并且其膨胀的速度一直增加，超过了光速，那么对气球上一点而言，另一点的远离速度也就超越了光速，但是我们可以确定的是，这两点本身并未在气球上发生运动，仅仅只是由于气球的膨胀让他们远离，现在把气球换成时空，这两点就相当于两个星系，那么等价过来我们可以知道，星系本身在空间中并未发生运动，仅仅只是时空膨胀的效应使得星系发生远离，那么这种超光速为什么不会违背相对论呢？理由也很简单，因为这种超光速并不能传递信息，因为是空间的膨胀，所以不论怎样运动两个星系所携带信息的时空位置永远不可能重合，也就是说在一个超光速远离我们的星系上发出来的光我们永远接收不到，可能又有人会疑惑了，为什么会接收不到？其实道理很简单，就比如人在向上的电梯上以小于电梯的速度逆行，那么不管怎样他都会被电梯带着往上走，而不可能将信息带给站在电梯下入口的人，其实这样的道理很简单，星系以超光速远离我们，而发出的光以光速逆行靠近我们，那么这束光就会被超光速膨胀的时空带走，而不可能真正的靠近我们，所以也就无法向我们传达信息。所以也就不会违背相对论。
不知道说了这么多，您看着有没有糊涂，文字表达带来的理解不便在这里表示抱歉，总而言之，目前对于人类来说，超越光速还只能是电影、小说中的的情节，按照现有的技术条件与构想，如果不借助空间膨胀的力量，超越光速基本上是不可能的，光速为我们设置了一道难以逾越的屏障，人定胜天的奢望被牢牢的锁在光速之内，我们也许会感到失望，但其实这也不算什么，卢梭说“人生而自由，但无往不在枷锁之中”，人的命运也一样，在注定的牢笼之中，我们享有充分的自由。光速的限制其实未必是件坏事，超越光速很可能会违背科学的大前提，那就是因果律，如果打破了现代科学的基础——因果律，那么现代科学恐怕又要重新洗牌，我们的世界很可能再次变得混乱，某些时候也许我们该庆幸有样一道屏障。。。
超越光速究竟会给我们认识世界带来怎样的颠覆，随着科学技术的进步，也许某一天，“光速之上”的真相终究会大白于天下，但不论结局是好是坏，我们都会一直去探寻它，直到找出真相，因为不计后果的追寻真理，才是科学真正的使命！