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为什么爱因斯坦说超越光速会因果颠倒？

科学美少男 2020-08-20 浏览187次

如果我扣动扳机，一颗子弹没有任何延迟，瞬间以两倍光速飞向你，那么你会先中弹，还是先看见我扣动扳机呢？答案：会先中弹后才看到我扣动扳机。

因果顺序

眼睛对外界接收信息需要依靠光，晚上灯一关，光没了，伸手不见五指，没有信息来源。判断先看到什么，就是在判断到底哪个信息先传到你的眼中。这个问题中信息A：我扣动扳机，信息B：子弹击中你。

正常情况下，子弹无法达到光速，因此A比B快，当A和B同时出发，A会先到达你眼中，也就是你看到我开枪了，然后你看到自己中弹了，这完全符合因果逻辑。

假如子弹速度为两倍光速时，子弹（B）会先到达，此刻我扣动扳机的信息（A）正好在传播的路程的中央，于是你会先看到子弹打中了你（B），随后看到我动扳机（A），你不觉得这很诡异吗？

子弹会飞出枪膛是因为我扣动了扳机，因此我们说A是因，B是果，然而当子弹的速度高于光速，AB颠倒了。

这样的问题可以套用到生活中的任意一件事上，例如：你还没有看到我出拳，先感觉到自己要飞出去了，博尔特还没起跑，发令枪没响，终点线的飘带动了，等等。

为什么会出现这样的现象，因为我们的眼睛受限于光吗？如果我们闭上眼睛，事情发生的顺序是一样的，与我们看与不看无关。

现实生活中无论如何都不会出现因果颠倒的问题，因为爱因斯坦认为光速是宇宙中信息、能量传输的最快速度，任何有质量的物体运动速度永远无法达到光速。

光速不变

19世纪，麦克斯韦发表了《论电和磁》统一了电和磁，这是继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的物理界神作，使他站上了物理学的巅峰。被纳入其中的“麦克斯韦方程组”描述了变化的电场会自发地形成磁场，变化的磁场会自发地形成电场，电与磁相辅相成，只要电或磁出现，它们就会生生不息的一直传播下去。

在麦克斯韦方程中，电磁波波速与两个常数的乘积相关，即波速也是常数，约等于每秒30万公里，光是一种电磁波，因此引出来了光速恒定不变，而它又让爱因斯坦发现了更深层次的问题，于是发表《狭义相对论》，质能方程，《广义相对论》。

狭义相对论

实际上，《狭义相对论》中的大部分公式的推导最早来自于荷兰物理学家洛伦兹，而爱因斯坦只是那个打破旧框架的人。

在研究电磁学时，洛伦兹发现电磁波的速度与伽利略变换存在冲突。简单来说，小明以10m/s在马路上向东走，小美站在马路边静止不动，一束光由西射向东。正常情况下相较于小美，光在小明眼里应该慢一点，因为他与光同向行驶，然而光速不变原理的结论是光相对于小美与小明速度是一样的，因为它的速度是常数。

当时洛伦兹认为麦克斯韦不可能错，从牛顿时代开始，主流物理学家就试图通过假设存在一种介质（以太）来解释光的现象，即光在以太中传播，空间各处充斥着以太。

洛伦兹也是以太论的追随者，然而理论的冲突让他寝食难安，于是他基于光速不变性用微积分推导出了一套新的变换，试图拟合电磁理论、以太论、伽利略变换。

洛伦兹变换描述了质量与速度的关系（质增效应）；高速运动的货车尺寸会比静止时短（尺缩效应）；在静止的人看来，高速运动的时钟，会比自己的时钟走得慢（时间膨胀效应）。论文刚一发表，台下的人全懵了。洛伦兹回答，他自己推导出来时也懵，他也不知道本质是什么，但是迈克尔逊莫雷实验本以寻找以太为宗旨，最后反而发现“光不会顺势而增加，也不会逆势而减少”，而它的变换就是基于光的这个特性。