宏樂183

正如題主所說的那樣，愛因斯坦的狹義相對論只是限定有質量的物體不可以超過光速

注意這個限定詞：有質量，更準確地說是：有靜止質量的物體不可以達到光速

那宇宙中有很多速度現象，並不全是物體運動所為

比如生活中，我們經常描述完成一個任務的進度也會用速度來表示

這時候速度就是工作總量除以時間

更寬泛地說，速度也可以用來表示人的情感

比如愛上一個的速度可以用相識的天數與感情深厚程度來體現出來

速度是寬泛的概念，我們必須理解這一點

在物理學中，特別是狹義相對論中 速度往往只是空間與時間的結合體 。因為空間的量化是長度、距離等

狹義相對論表達的速度不可以超過光速，必須有兩個限定才能成立

第一個：抽象出的速度概念必須基於有靜止質量的物質

第二個：抽象出的速度概念特指被時間和空間度量出來的速度， 而不是寬泛意義上的速度

根據最新的大爆炸理論，我們知道宇宙初期的暴漲速度的確超過光速，但是這種膨脹是空間的膨脹，而空間並不屬於有靜止質量的物質範疇

所以狹義相對論是無權干涉宇宙膨脹速度的變慢

為什麼有靜止質量的物體不可以達到光速？

對於初學相對論的讀者來說

他們會第一時間搬出狹義相對論公式中的洛倫茲因子（1-v²/c²）½來解釋

因為在式中v代表有靜止質量的物體的速度

一旦v等於光速c，那麼數值將變得毫無意義

於是乎得到v只能小於c

其實這樣的解釋完全是本末倒置。

因為洛倫茲因子恰恰是基於光速不變的事實推理出來的結論，有質量的物體不可以達到光速的結論是先基於光速不變的前提而推理出來的

所以要解釋為什麼有質量的物體不可以達到光速的問題又回到了“為什麼光速不變”上

而光速不變是自然現象，物理學只是歸納自然現象的一般性規律，而不能從根本上解釋自然現象為何如此

即便可以“解釋光速為什麼不變”，那麼用來解釋光速的理論為什麼會存在又是一個需要被解釋的問題，這樣只是把因果關係向前推理一步而已

而科學的進步就是人類在好奇心的驅使下不斷將自然現象的因果律向前推動的過程

比如當牛頓看見蘋果落地 會發問：為什麼它不朝天上漂，而是落地？

於是歸納出萬有引力

而後人繼續發問：為什麼會存在萬有引力？

愛因斯坦回答到：引力的原因是時空的彎曲

從萬有引力到時空彎曲就是因果律的進步

科學認識論

自然界是不連續的，存在著質的變化。所以，創造我們人類並且仍然在影響著我們人類的宇宙，只是自然界的一部分。在其解體之前，宇宙是一個相對獨立的封閉體系。

又由於普朗克常數h的被發現，以及所有的物理現象都需要用該常數給予解釋，說明我們的宇宙是量子化的，確切地說是由不可再分的量子構成的。

此外，由於物體的體積只是粒子高速運動產生的屏蔽效應；而且，當我們的認識超出宏觀範圍時，發現物體的行為需要外在的物理背景來給予說明，如微觀粒子具有波動性。說明空間和物質並非我們原來認為的，即空間只是承載物體的幾何框架以及物質具有實體性。這是一種陳舊的機械宇宙觀。

於是，我們獲得了一個新的量子宇宙觀：

離散的基態量子構成空間，受到激發的量子成為光子（能量），由高能量子組成的封閉體系就是物質。一切物理現象都只是量子的三種不同狀態的相互影響、相互作用和相互轉化的結果。

所以，宇宙的膨脹速度和宇宙內部傳播的速度（光速）是兩個完全不同的概念。

宇宙膨脹的速度取決於宇宙內外部能量密度即壓強的對比，類似氣球🎈的膨脹。

宇宙內部的傳播速度即光速則取決於光子的靜質量和宇宙內部空間的量子密度。

上述兩個速度的變化是反向的，宇宙膨脹的速度會隨著宇宙的膨脹而減小，宇宙內部的傳播速度即光速卻會隨著宇宙內部空間密度的下降而增大。

因為，光速是光子維持其相對於空間勢能的速度。類似赤腳🦶划水運動，水的比重越小，需要維持站在水面上的速度就越大。

總之，宇宙膨脹的物理機制不同於宇宙內部傳播的物理機制，因而宇宙的膨脹速度不受宇宙內部傳播機制的限制，是可以超過光速的。

淡漠乾坤

目前被主流科學認可的超光速事實有兩個：第一個就是本問題中所說的宇宙膨脹超光速；第二個就是量子力學裡提出的量子糾纏現象是超光速的，並且被認為是瞬時完成的

那麼有人可能就會比較迷惑，愛因斯坦的相對論不允許超光速的存在，那麼這兩個例子豈不是推翻了愛因斯坦的相對論？實際上並非如此，看問題要細緻從本質上來看。愛因斯坦的理論不允許超光速，可以準確的總結為以下兩點：

1. 任何有靜止質量的物體達不到光速，理論上只能無限接近於光速。最簡單的例如光子是沒有靜止質量的，光子的速度即是光速；
   
2. 信息的傳遞速度不允許超光速， 現代信息交流最快的就是光速，電磁波實現相互之間的交流嗎！而量子糾纏恰恰是不傳遞信息的，因此超光速和愛因斯坦的理論不矛盾。現在發展的量子通信本質上是對信息的加密，並非是運用量子糾纏的實現通信目的。

而本問題中所說的宇宙膨脹本質上來說，膨脹的也是空間並非是實際物質，因此也並不違反愛因斯坦光速限制。按照哈勃定律距離我們越遠的星系退行速度就越快，目前已知距離我們最遠的星系退行速度已經達到三倍光速，當然了更準確的來說是空間的膨脹速度。

科學黑洞

答：並不矛盾，相對論要求的是有效信息傳遞速度不能超過光速，宇宙膨脹雖然超過光速，但是並不能用來傳遞有效信息。

愛因斯坦在1905年建立狹義相對論，以光速不變原理和狹義相對性原理為基礎，推導出物體運動速度不能超過光速，而且有靜止質量的物體不能達到光速，只能無限接近光速。

其實早在麥克斯韋建立電磁學方程組時，就發現光速可以根據真空介電常數（ε0）和真空磁導率（μ）推導出來，由於ε0和μ均為常數，而且這兩個常數不依賴於參考系，意味著光速c也不依賴於參考系成立，所以在麥克斯韋方程組中，已經暗示了光速不變原理。

經典力學為了解決這個困境，反而引入了錯誤的“以太”，後來愛因斯坦正式把光速不變作為基本原理，也就徹底摧毀了以太模型。

本質地說，相對論中要求的速度上限，是說有效信息的傳遞速度不能超過光速，由於任何物體都可以承載信息，所以物體的運動速度自然不能超過光速。

但是在實際當中，存在一些超光速現象，比如量子糾纏的速度就是超光速的，還有宇宙膨脹速度也可以超過光速。

根據哈勃定律（Vf = Hc x D），哈勃常數Hc=67.80±0.77(km/s)/Mpc，我們可以計算出，以目前宇宙的膨脹速度計算，對於相距144億光年的兩個星系，因為宇宙膨脹導致的退行速度已經達到光速。

目前我們可觀測宇宙的實際直徑大約是930億光年，所以在我們可觀測宇宙兩端的星系，遠離速度已經超越了光速。但是這並不違背相對論原理。

因為我們無法利用宇宙膨脹速度來傳遞有效信息，量子糾纏的速度也是一樣的，我們無法利用量子糾纏來直接傳遞信息，所以量子糾纏的速度可以超越光速；在量子通信當中，只有傳統信息和量子糾纏產生的隨機信息相結合，才能實現有效信息的傳遞，從而達到加密效果，但是量子通信整體是不能超光速的。

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艾伯史密斯

愛因斯坦狹義相對論關於光速的完整描述應該是：“靜止質量不為零的物體無法達到或者超過光速，信息和能量的傳遞速度無法超過光速”

在該方程中E是物體所具有的能量，M是物體的質量，C是光速，也就是說“物體蘊含的能量等於它的質量乘以光速的平方”

愛因斯坦用這個簡簡單單的方程打通了質量和能量互相轉化的通道，而擁有質量的宇宙飛船在向光速發起衝擊的過程中需要消耗大量能量，與此同時質能相當帶來的質增效應會將飛船髮質量急劇放大，這樣一來就需要更多的能量才來對飛船進行加速。

所以在狹義相對論中，當物體的運動速度趨於光速時慣性質量就會趨於無限大，因此愛因斯坦才斷定“靜止質量不為零的物體無法達到光速”

但僅僅一年後的2012年3月16日，歐洲核子研究中心宣佈去年的“奧佩拉”實驗結果存在誤差，中微子實際上並沒有超光速，而引起誤差的原因則是“實驗設備連接線沒插好”。

上個世紀初埃德溫.哈勃發現的宇宙空間膨脹佐證了宇宙大爆炸理論，而宇宙大爆炸理論認為在宇宙早期乃至現在，宇宙空間本身都在超光速膨脹，但這種空間本身的膨脹並不在狹義相對論約束的範圍內。

量子糾纏的“超距作用”雖然已經被實驗證明了，但是它本身並不傳遞信息，因此也就不違反愛因斯坦的狹義相對論。

宇宙探索未解之迷

愛因斯坦是說有質量的物體不可能達到光速，他又說宇宙膨脹超過光速，是否自相矛盾？

愛因斯坦在1905年發表的《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論，而狹義相對論的前提就是兩條基本假設：

1. 光速不變原理：光在真空中的速度c是一個常數，與光源的運動狀態無關。
2. 狹義相對性原理：一切物理定律在所有慣性系中均有效

狹義相對論中所有推導出來的結果都是以這兩條最基本的假設為前提的，當然光速無法超越也是，因為狹義相對論中推導出來的質增效應會讓存在靜止質量的物體在接近光速時質量無限增加，進而讓速度在無法前進一步，因為推動物體前進的能量是有限的，它最終會停留在某個接近光速的位置。

另一個可能則是速度疊加效應，無論兩個如何相對運動，它們之間的最大速度就是光速，光速始終是一個屏障，它無法被超越。大家認識了愛因斯坦的相對論，才瞭解了光速不可超越，但光速不可超越，並不是愛因斯坦的首先認識到的。

經典力學時代的伽利略變換

對於相對運動我們可簡單粗暴的理解為速度1+速度2或者速度-速度2，這在我們日常中就是這麼解決問題的，當然牛頓有些不太同意這個方式，但大致都繼承了這一變換的精髓，現在我們也很清楚，牛頓經典力學很好用，在絕大部分的時候都可以完美的解決問題，甚至還指導了海王星和冥王星的發現。

麥克斯韋計算出光速

關於速度的體驗，我們還不得不提一下詹姆斯-克拉克-麥克斯韋，不僅是因為現代社會建立在電磁的基礎上，而是他應該是最早知道光速是一個常量的人。

因為從麥克斯韋在1865年發表的一組四個方程中，最後一個變化的電場也能產生磁場，並且週期性交替產生，也就是電磁波的來歷。當然我們今天並不是關心這個問題，而是在這個方程中可以推算出光速！

真空介電常數和真空磁導率都是常數，所以光速C它就是一個常量，儘管麥克斯韋時代早有科學家測量出了光的速度，但從方程中推導出來，明顯是第一次，而且是一個常量！而赫茲則在1890年證明了電磁波速度與波源速度無關。

洛倫茲變換

因為1881年和1887年的邁克爾遜-莫雷關於以太的實驗測量不到地球相對於以太參照系的運動速度，1895年洛倫茲提出了運動時長度在運動方向上發生長度收縮來解釋邁克爾遜-莫雷實驗中的結果。並且與麥克斯韋電磁理論結合在相對以太運動的座標系中時空變換的方程，也就是著名的洛倫茲變換公式

通過洛侖茲變換公式可以推導出速度疊加計算公式，有興趣的朋友可以去看看洛侖茲變換到速度疊加計算的推導過程。

無論V1和V2速度有多大，它們最終疊加速度的上限為光速。有興趣的朋友可以將你認為的最大速度代入計算看看最終速度是多大？

法國數學家龐加萊在1900年就洛侖茲變換做出了劃時代的物理意義解釋，認為本地時是不同那個座標系之間通過光速進行的時間同步，這也就是狹義相對論中時性的相對性概念，曾經洛侖茲和龐加萊都摸索到了狹義相對論的大門，但仍然受限於體系最終與此失之交臂，實在令人唏噓。

宇宙膨脹超光速

愛因斯坦總結了麥克斯韋與邁克爾遜-莫雷，以及洛倫茲與龐加萊的成就，1905年愛因斯坦的狹義相對論很空出世，這得益於愛因斯坦敢於打破一切的魄力以及不受傳統約束的個性，當然我們今天不是來誇獎愛因斯坦的，而是狹義相對論關於光速的描述：

信息傳遞不能超過光速

將物質、能量與信息都歸結為信息其實也沒毛病，當然有朋友馬上會提一個有趣的現象，比如我用一支足夠亮度的激光束劃過天際，請問這激光束的移動超過光速了嗎？

答案是肯定的！

但它傳遞信息了嗎？沒有，它不具任何意義！

遙遠的星系正在遠離，這是埃德溫·哈勃經過將近十年的觀測得出的一個結論，而且哈勃的觀測還得出了一個遠離的速度/距離比值，這就是著名的哈勃常數的由來，儘管與現代精確測定的哈勃常數大相徑庭，但它具有劃時代的意義。

2014年普朗克衛星測得最精確的哈勃常數為67.15千米/秒/百萬秒差距（326萬光年），假如按照這個速度計算，那麼宇宙大約在145.613138億光年外，天體遠離速度超過光速。

其實這個空間膨脹的速度有一個假設前提，即假設我們自己是不動的，所以在145.6億光年外的天體超過光速原遠離，假如在那麼遙遠的位置有一個文明在觀察地球，他們也假定自己不運動，那麼他們將看到我們正在以超過光的速度遠離，但我們超光速了嗎？

答案是沒有！

我們相對於百萬秒差距外的天體，遠離速度還是67.15千米/秒，145.6億光年外的天體，相對於它們145.6億光年-326萬光年的區域，速度也是67.15千米/秒。當然這是假定宇宙膨脹速率恆定不變的條件下的推論，而哈勃常數並不是一個恆定不變的數值，它會隨時間而改變。

但各位有一個概念不能理解錯了，膨脹的永遠是空間，而不是天體的運動。

我們跟145.6億光年外的天體能信息傳遞嗎？也不能！所以遙遠的天體隨宇宙膨脹超過光速跟有質量的物體不能超過光速有什麼關係？

星辰大海路上的種花家

愛因斯坦是個偉大的科學家，把畢生精力投放於科研中，發現了相對論，不能不說是個奇蹟。

我認為：物理學家的一切論斷，都是根據自己所掌握的已知材料，進行猜想的。

符合實際，經得起推敲和證明的，才是科學的。

不符合實際，經不得起推敲，沒法證明的，不是科學的。

昨天我說過了，光粒子是有質量的。因為：

凡是物質都是有質量的。物質放出來的應該是物質。光粒子是物質放出來的，所以光粒子也是物質，所以光粒子也不有質量的。只不過光粒子的質量特別渺小，只有質量特別巨大的物質才能吸引它。使它無法逃逸。

愛因斯坦根據星光的紅移，說的宇宙在膨脹，是有道理的。如果宇宙膨脹真的超光速，那麼，必然有比光粒子質量還小的物質。

創新數

愛因斯坦的相對論不允許物質的運動速度超過光速，或者說不允許能量、信息的傳遞速度超過光速。而在宇宙中足夠遠的兩個位置可以找到這樣兩個物體，它們相互遠離的速度會超過光速。這和是否違背了愛因斯坦的相對論？不，並沒有違背相對論。

宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸，目前可觀測的宇宙半徑大約是465億光年。有人可能會覺得奇怪了，即使以光速向前運動，乘以運動的時間138億年，得到的結果是138億光年。宇宙的半徑怎能超過138億光年？這兩個數據是不是至少有一個錯了？

需要明確的是，不論是138億年的宇宙年齡，還是465億光年的可觀測宇宙半徑，都是天文學家經過大量天文觀測得到的結論，並在科學界得到了廣泛的共識。宇宙的可觀測半徑之所以超過138億光年，是因為宇宙空間膨脹的原因。試想一下，在一個洞穴口有很多螞蟻，某一時刻這些螞蟻以速率v各自向各個方向出發，經過時間t螞蟻到洞穴的距離就是vt。倘若螞蟻爬行的同時，地面也跟著膨脹，經過時間t後螞蟻到洞穴的距離就會超過vt。

宇宙可觀測的半徑超過138億光年就類似於螞蟻爬行時地面也跟著膨脹，宇宙膨脹是整個空間在膨脹，並非只是所謂的宇宙邊界在向外擴張。上世紀初，天文學家哈珀發現銀河系以外的星系大多存在著紅移現象，這說明這些星系在遠離我們而去，並且距離銀河系越遠的星系紅移現象越明顯。哈珀的發現是宇宙膨脹的有力證據。目前觀測到的哈珀常數為H=67.80±0.77km/s/Mpc，即距離每增加一百萬秒差距，退行速度增加67.80千米每秒。這樣距離我們足夠遠的位置，天體離我們遠去的速度就會超過光速。

宇宙膨脹速度超過光速並沒有違反相對論，這種膨脹並不能使能量或信息超過光速傳遞。相對論以及哈珀定律都是研究宇宙所需要的強有力工具。

刁博

我們都知道宇宙間最快的速度就是光子運動的速度，也就是光速，光速有多快呢？光在真空中沿直線傳播的速度為30萬公里每秒，這個速度意味著如果光可以走曲線的話，那麼它可以在一秒鐘的時間裡圍繞地球的赤道運行七週左右。

一百多年前，偉大的科學家愛因斯坦提出了著名的相對論，而相對論的一個重要基礎就是光速不變假設，如果光速不變不能成立的話，那麼整個相對論的大廈就會轟然崩塌。現在已經論證了，光速不變原理是正確的，而除了光速不變原理之外，通過相對論還可以推導出一個重要的結論，那就是宇宙間光速最快理論，這個理論認為，宇宙間信息傳遞最快的速度就是光速，不可能有物體運動的速度超越光速，如果有的話那麼就是違背相對論，反之，也就是證明了相對論是錯誤的。

那麼宇宙間就真的沒有速度超越光速嗎？答案是否定的，舉一個例子，宇宙膨脹的速度就超越了光速，但是這卻並沒有違背相對論。為了瞭解實際情況，我們先來簡單瞭解一下什麼是宇宙膨脹理論，宇宙膨脹理論認為，我們的宇宙最初是一個密度無限大，體積無限小的奇點，而在138億年前的某一瞬間，這個奇點突然發生熱爆炸，隨後其體積不斷膨脹，體積越來越大，生成的物質也越來越多，最終形成了我們今天的宇宙。

而宇宙膨脹直到今天還在繼續著，而且還會繼續存在很多年，多年以前，科學家就已經發現，宇宙膨脹額速度在一定範圍內已經超越了光速。說到這裡可能很多朋友會有疑問，那就是前面不是已經說過了光速才是全宇宙間最快的速度嘛，那麼為什麼這裡出現了宇宙膨脹的速度超越了光速呢？這難道不違背相對論嗎？

其實不然，宇宙膨脹速度其實跟一般物體運動的速度是不同的概念，簡單來說，宇宙膨脹的速度不會帶來任何的信息傳遞，不會像光的傳遞一樣向遙遠空間傳遞信息。打個比方，宇宙的膨脹就好比是什麼呢？用烤麵包來舉例子吧，一個剛做好的麵包塊（生的），上面均勻撒滿了葡萄乾，然後把這個麵包放進烤箱裡面烤，假設麵包各個方向的膨脹率是一樣的，那麼相同時間裡面，距離近的兩個葡萄乾之間相互遠離的速度比不上距離遠的兩個葡萄乾相互遠離的速度。同樣的道理，宇宙的膨脹也是一樣的，距離越遠的兩個參考物，相互離開的速度越大，表現為宇宙膨脹的速度越大。實際上，宇宙的年齡只有138億歲，而宇宙的實際半徑可能超過430億光年，所以說，宇宙膨脹的速度超越光速沒什麼問題。

鏡像宇宙

問，什麼是光。答，光是一種電滋波的能量形式。問，什麼是光速？答，能量在真空中傳播的速度。問，光速是多少？答，30萬公里/秒。問，什麼是光速不變原理？答，光速不變是指光子傳播的速度是絕對速度，不會受到物質相對運動的影響，因為光子沒有質量，在運動物體上發出的光不會產生慣性加速度。問，怎樣理解宇宙膨脹的速度遠超光速？答，宇宙膨脹速度是物質間相對運動的速度，與能量傳播的絕對速度不是一個概念，物質之間的相對速度是可以超過光速度。問，除了宇宙膨脹之外還有什麼速度現象超過光速嗎？答，理論上有很多物質之間的相對速度都會超過光速。宇宙膨脹是星系之間相互遠離的速度，宇宙中也必然存在兩個物體相互接近速度超過光速的現象。例如，銀河系與仙女星系相互高速接近的同時，可能還會相互彈出流浪恆星。有時被彈出的恆星速度可超過一半光速，那麼這兩顆恆星相互靠近的速度就會超過光速。問，如果這兩顆恆星以超光速的相對速度迎頭對撞會發生什麼情況？答，根據質能方程，兩顆恆星以超光速的相對速度迎頭對撞會產生一個新宇宙的能量，理論上會使現宇宙加速膨脹，銀河系與仙女星系或許瞬間被分開幾百億光年。問，這樣的話，質能守恆定律還成立嗎？答，宇宙是個生命體，物質一旦形成，它就在不斷長大，以至於我們根本無法看到物質世界的邊界。所以宇宙中的物質和能量是呈指數增漲的，不存在必須守恆的問題。

關鍵字: 物體 光速 科學