光速在宇宙中是一個恒定值，這個是普遍得出的結(jié)論，而且是宇宙中的最快的速度，也是一個基本的宇宙常量，很多人都希望可以超越光速，實現(xiàn)星際航行，但是這個本證明是不可能實現(xiàn)的，因為狹義相對論的公式鎖定了這個夢想。

這是相對論質(zhì)量公式?jīng)Q定的，一個具有靜止質(zhì)量的物體，速度越大，質(zhì)量也會變得越大，如果其速度達到光速，這個公式的分母將沒有意義或成為一個虛數(shù)，這時候它的質(zhì)量就會變成無限大。

因而在這個宇宙中，任何具有靜止質(zhì)量的物體，其速度都不可能達到光速，越接近光速，要將它加速就越困難，因為它的質(zhì)量會變得越來越大，必須耗費更大的能量才能將其加速。

而想要加速到光速，也就是說質(zhì)量得變成無限大，那就意味著必須耗費無限的能量才行。光子沒有靜止質(zhì)量，所以永遠以光速在運動。

先說第一個問題，不僅所有擁有靜止質(zhì)量的物體速度都不可能會超過光速，而且就連達到光速也是不可能的，這個推論來自狹義相對論的質(zhì)速關(guān)系：

其中M為物體的相對運動質(zhì)量，m為物體的相對靜止質(zhì)量，v是物體的相對運動速度，c是真空中的光速。

顯然，對于具有靜止質(zhì)量的物體，它的運動速度越快，則運動質(zhì)量越大，這意味著進一步加速物體所需的能量也會越來越高。

并且隨著速度接近光速，質(zhì)量急劇增大，直至趨于無窮，所以不可能有無窮多的能量來加速運動質(zhì)量趨于無窮大的物體，這也就表明具有靜止質(zhì)量的物體只能以慢于光速的速度運動。

另一方面，光子的情況比較特殊，這種粒子沒有靜止質(zhì)量，所以它能以光速運動，并且也只能保持這種狀態(tài)。雖然光子的靜止質(zhì)量為零，但這種粒子具有運動質(zhì)量，因為它具有能量。

我們可以再來看一下質(zhì)速關(guān)系，當?shù)仁接覀?cè)的分子分母都趨于0時，這個式子變?yōu)榱?/0不定型。

在高等數(shù)學中，0/0不定型的極限有可能存在，結(jié)果是有意義的。

因此，質(zhì)速關(guān)系告訴我們光子可能存在運動質(zhì)量。事實上，光子的運動質(zhì)量我們很容易推導(dǎo)出來。

首先，光子的能量為：

E=hf

其中E是光子的能量，h是普朗克常數(shù)，f是光子的頻率。

再根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程：

E=Mc^2

聯(lián)立上述兩式可得：

E=hf=Mc^2

所以光子的運動質(zhì)量為：

M=hf/c^2

至于為什么會有這樣的推論，這是光速不變原理的必然結(jié)果。而光速不變原理是一個客觀存在的事實，無論是理論還是實驗都能證實這個原理。

再次遇見這樣的問題，貌似沒幾天能見到一次。當然也說明這個問題很多人關(guān)心。

看了下大部分答主都是拿出了相對論公式推導(dǎo)了一番，試圖用數(shù)學告訴題主為什么光速無法超越，甚至說“因為相對論公式?jīng)Q定了光速無法超越”。

其實這種說法本身就是錯誤的。數(shù)學只是一種幫助我們理解宇宙的工具，而不是說宇宙是被數(shù)學所支配的。

而且我相信套數(shù)學公式來解答也不是大部分題主想要的。

霍金出《果殼中的宇宙》就說過，他的書中每多一條公式，銷量就會下滑幾萬本。也就是說對于一般想被科普的公眾來說，看著枯燥的數(shù)學公式不是他們想要的。從數(shù)學推導(dǎo)出來的結(jié)論很機械無趣，而一般想被科普的公眾是需要一副圖景(Vision)，以方便他們理解一種物理現(xiàn)象，而不是公式。

所以我這里一條公式也不列，說說這個問題。

我小時候也幻想過如何超越光速。當時曾經(jīng)幻想過，制造超大推力的火箭，只要推力足夠加速時間夠長，怎么著也會超過光速吧?實際上是不可能的，即使用上全宇宙的能量也無法把一個原子加速到光速。至于為什么，人類在實踐中已經(jīng)嘗試過。這就是粒子加速器。

以目前世界上最強大的粒子加速器——瑞士日內(nèi)瓦下的LHC大型強子對撞機為例。這里加速的是質(zhì)子，也就是氫原子核。

施加了非常巨大的能量后，質(zhì)子的速度會無限接近光速，從0.9c、到0.99c、到0.9999c。質(zhì)子是永遠不可能達到光速，只能無限接近光速。

在接近光速的情況下繼續(xù)給質(zhì)子施加能量加速，只能使質(zhì)子的等效質(zhì)量增加。當然在粒子物理學里，說的就是能量不是質(zhì)量了。

這就是高能粒子對撞機的基本原理——盡可能給粒子加速、粒子越接近光速，其能量越大，對撞時產(chǎn)生的反應(yīng)越接近宇宙創(chuàng)生時刻的初期，從而來研究微觀粒子現(xiàn)象。

位于瑞士日內(nèi)瓦和法國交界處的LHC大型強子對撞機

簡單來說，無論增加多少能量在一個物體上，只能使其無限接近光速，施加的能量最后變成了等效質(zhì)量，卻不會變成增加出來的速度。這個已經(jīng)無數(shù)次在加速器里驗證過，基本沒有值得質(zhì)疑的地方。

而題主第二個問題答案是肯定的，光子是沒有質(zhì)量的基本粒子。沒有質(zhì)量的粒子會以光速也只能以光速(真空中)運動，你不可能讓一個光子靜止下來。

簡單來說，從運動速度來劃分，宇宙中有兩種粒子：

第一種是有質(zhì)量的粒子,從基本粒子層面來說包括幾種夸克(構(gòu)成中子和質(zhì)子的基本粒子)、膠子(傳遞強力的粒子，在質(zhì)子和中子中、強力束縛著夸克)、電子、中微子(具有非常小的質(zhì)量，幾乎以光速飛行但還是低于光速)、乃至最近發(fā)現(xiàn)的賦予所有物質(zhì)質(zhì)量的希格斯粒子等。所有有質(zhì)量的粒子只能以低于光速運動。

第二種是沒有質(zhì)量的粒子，也就是光子(Photon)，還有理論上存在引力子等。光子還是傳遞電磁力的介質(zhì)。

沒有質(zhì)量的粒子，如光子。會永遠、也只能以光速運動(真空中)。無法讓它低于光速也無法讓它比光速更快。

于是，有人假象出第三種粒子：快子(Tachyon)。快子的質(zhì)量是虛數(shù)，性質(zhì)正好和有質(zhì)量粒子相反：只能以比光速快的速度運動。

但是目前來說，快子存在的可能性基本應(yīng)該是沒有的。它只是一種數(shù)學上假想的粒子。這也和開篇對應(yīng)，不能只用數(shù)學公式去給民眾科普。

快子的飛行軌跡，因為是超光速，你能看到兩個成像，各自以光速朝飛行軌跡的兩個方向離去。黑色線條是快子行程的切連科夫輻射(Cherenkov radiation)

從目前的標準模型(Standrad Model)理論以及最近LHC證實存在了希格斯玻色子(Higgs Boson)的存在來描述的話，粒子是否有質(zhì)量決定于是否能與希格斯場(Higgs Field)產(chǎn)生相互作用。

宇宙誕生初期所有粒子都以光速飛行，而后來真空相變后整個宇宙的真空中形成的希格斯場讓粒子獲得質(zhì)量，同時也讓有質(zhì)量的粒子降低速度之光速以下。

如果沒有希格斯場、所有粒子都會失去質(zhì)量而只能以光速四處分散開來。而光子這類沒有質(zhì)量的粒子，因為無法與希格斯場發(fā)生相互作用而繼續(xù)以光速飛行。

人類可以掌握最快的傳遞信息的手段，那也就是光速——利用電磁波來傳遞信息。哪怕以后的黑科技多厲害，能用中微子(略微低于光速、具有非常微小質(zhì)量的基本粒子)和引力波(傳遞速度等于光速)傳遞信息，那也就是正好是光速。

量子糾纏現(xiàn)象原則上是超距和瞬時的，但無法用來傳遞經(jīng)典信息。所以本質(zhì)上還是沒有打破相對論的光速限制。

不過在空間中的傳遞速度沒辦法超過光速，不代表沒有其它任何的超光速現(xiàn)象。

比如剛才所說的量子糾纏現(xiàn)象就是超光速的，但無法用于傳遞經(jīng)典信息。

另外宇宙早期暴漲時期，空間膨脹的速度遠超光速N個數(shù)量級。但這是空間本身膨脹的速度，與物質(zhì)和信息在空間中傳播速度并不相違背。

并且宇宙暴漲時期的物理性質(zhì)也與大爆炸后的宇宙不可相提并論。另外宇宙現(xiàn)在膨脹的速度，在遙遠的兩個星系中相對的退行速度也是超光速的，但這同樣是空間本身膨脹導(dǎo)致的。這些超光速現(xiàn)象并無法用來傳遞信息和物質(zhì)。

另外理論上來說，可能存在的蟲洞也許能在該年上實現(xiàn)超光速傳遞物質(zhì)信息，并且不違反相對論。相隔遙遠的空間兩端如果被沖動連接著，那么理論上可以瞬間從A點到B點。

但蟲洞是否存在和是否能穩(wěn)定存在都沒有定論，目前還只是理論和科幻的產(chǎn)物。跟快子Tachyon一樣，都是未經(jīng)證實的東西。

還有科幻小說中常見的曲速飛行，也只能是一種美好的幻想。首先曲速飛行要壓縮空間來實現(xiàn)超光速。可是空間的本質(zhì)是什么?如何壓縮空間?質(zhì)量巨大的恒星才能稍稍歪曲一點空間，用什么方法來壓縮扭曲空間?

一切都是空想而已。能否實現(xiàn)如何實現(xiàn)都是巨大的難題。就算能實現(xiàn)，有科學家估算過，要用所謂的曲速飛行讓一艘飛船超光速飛行，至少需要用掉等同一個木星質(zhì)量的燃料，就算真能實現(xiàn)這樣的超光速飛行有經(jīng)濟意義嗎?

其實從哲學上來說，空間的信息傳遞有上限是必然的。因為光速限制和很多物理常量掛鉤，這都是通過復(fù)雜演算推導(dǎo)出來的結(jié)論。光速上限是一個必然的結(jié)果。

比如光速上限就和質(zhì)能轉(zhuǎn)換相關(guān)，如果光速提高一倍，核反應(yīng)的能量就是4倍。恒星乃至整個星系的壽命、超星系爆炸的能量都會截然不同。

試想一個速度沒有上限的宇宙，那么宇宙誕生時所有的能量都會瞬間作用于任何一個點上。你可以假設(shè)如果現(xiàn)在突然光速沒有上限，那么宇宙中所有的粒子會瞬間射到你的身上，你就會立刻被無限的能量引爆了。

就以引力為例，如果引力傳遞也沒有上限，而宇宙很可能是無限或者至少是非常非常大的，比可見宇宙高幾個數(shù)量級。

那么如果引力傳遞沒有上限，宇宙物質(zhì)之間的引力就會瞬間作用于所有物質(zhì)上，結(jié)果就是宇宙瞬間會被幾乎無限大的引力壓扁變成一個巨大的黑洞，一切都不會存在。

比正因為速度有上限，能量和信息的傳遞才能有序的展開。星系才能形成，我們才能出現(xiàn)。

可以說，正是因為有了速度上限，我們的宇宙才能得以穩(wěn)定存在。如果這種限制能被輕易打破宇宙就很難穩(wěn)定存在百億多年。因此很可能我們的宇宙從本質(zhì)上已經(jīng)否定了任何超越光速的可能性。

可以說宇宙存在的本身就是要禁止這類超光速現(xiàn)象的發(fā)生，不然宇宙本身就不會存在了。既然我們能生存在這個宇宙，感知這個宇宙，也說明我們本身是無法打破一定范圍內(nèi)的定律。

試想一個能隨意誕生智慧生命的宇宙，如果定律能隨意讓智慧生命打破，這個宇宙早就亂套了。既然我們能穩(wěn)定存在于這個宇宙，存在至今長達138億年，說明宇宙本身就有機制禁止你打破某些定律。

關(guān)注質(zhì)量是產(chǎn)生動量的根源、人們當時為什么要把光子質(zhì)量斷定為零、如果真的光子為零、那么它怎么會產(chǎn)生動量的?

看來光子質(zhì)量為零的說法沒有任何依據(jù)!依據(jù)就是我們測不到、但光速確能被我們所發(fā)現(xiàn)、然后就把這兩個數(shù)據(jù)固定下來作為原理予以公告、如此以來、牛頓把電磁作用定為超距作用也是公理了?

再說當年在飛行器的試驗中就有科學家就曾計算出、人類的任何飛行器都不可能超越音速、因為達到音速的極限時、飛行器的阻力大到足以發(fā)生音爆、事實后來都怎么樣、大家都清楚!

今天拿上光子的任何定論都要三思而后行!因為光子的物質(zhì)形態(tài)到底是什么、它有沒有自旋、(也就是有沒有極性)還在爭論之中、現(xiàn)在普遍認為光子的自旋為零屬波色子、但電子的湮滅所產(chǎn)生一對光子確早已被人們所發(fā)現(xiàn)!

是不是光子太小我們檢測不到它的極性呢!

夲人認為、很有這個可能、現(xiàn)實中一塊磁鐵、如果你離它有幾十米的距離、你是感覺不到它的極性的、假定它有極性、那么它的光速傳播就有解釋了、同時宇宙空間的物質(zhì)性也都有了相應(yīng)的解釋!

我們再假定自然空間就是由帶極性的(更小的)物質(zhì)所極成、光子只要一出現(xiàn)、必定就會破壞原有處于各向平衡的自由狀態(tài)、(類似于導(dǎo)體)挨個極化、才出現(xiàn)了光速現(xiàn)象!

如果我猜對了、速度這個詞用在光子上本身就不正確!就象電傳播是光速傳播一樣的錯誤!你沒見過電子從發(fā)電機里出來就是以光速到了你家是一個道理!

凡此種種、有時候人們把一種現(xiàn)象一但轉(zhuǎn)化成觀念、然后再把觀念往后括散是非常危險的、速度的觀念其實是在宏觀質(zhì)點運動的環(huán)境中總結(jié)來的、后來把它套用到波的行為上的、波是極化的現(xiàn)象、它和質(zhì)點運動有本質(zhì)上的區(qū)別!

歷史是不斷發(fā)展的、我們時刻都要記住、歷史的古人永遠不可能都對、老子、莊子所給定的宇宙定性今天有幾份真理、牛頓、愛因斯坦的世界就一定是真理么?謝謝各位有閑情怡志伴我十分鐘!

許多科普都只強調(diào)光速極限卻沒有提及加速度。愛因斯坦相對論改變了牛頓力學的作用力和加速度的線性關(guān)系，也就是說加速度還與速度有關(guān)：速度越快，加速越難。

所以“不可能超光速”的正確表述是：相互作用產(chǎn)生的加速度不可能使粒子速度達到光速。 但是沒有相互作用的粒子就是自由粒子，其速度由粒子自身的場方程決定(自由電磁場方程得到的是光速)。

從這個意義上來說：自由的、超光速的粒子也是可以存在的，但是因為它沒有任何相互作用，我們也就不可能探測到。

再強調(diào)一下，光子是不受任何作用力的 (引力作用已經(jīng)被相對論改造成空間本身彎曲)。作用力的本質(zhì)是某種場，其他粒子與higgs場作用所以有質(zhì)量。

總之，理解光速極限就要理解相互作用和加速度，就要分清自由粒子和相互作用粒子。沒有higgs場就沒有加速度。

一個公式只能限制人們的認識，卻不能限制宇宙速度。因為質(zhì)速公式限制了一切物質(zhì)不可以達到和超越光速，所以很多超光速的存在也被規(guī)定在光速之內(nèi)的速度運動。

舉一個例子說明現(xiàn)在存在的問題，比如探測到中微子超光速了，而且為了謹慎起見反復(fù)核對，最后還是解釋說測試過程裝置有顆線接錯了。

而觀測一個超新星爆發(fā)，發(fā)現(xiàn)中微子比光提前達到達地球(就是說先探測到中微子，之后才看到超新星爆發(fā))，比光先到地球多少分鐘還是多少小時我不記得了，但是有這樣的報導(dǎo)。

對于這個現(xiàn)象好像沒有最后的解釋。估計如果解釋，可能會說探測到的中微子不是那個超新星發(fā)出的，是判斷錯誤。如果從量子信息角度看，光速與可分離態(tài)的二量子態(tài)有對應(yīng)。

即達到光速就是可分離態(tài)，無糾纏。加速可認為是對單量子的局部SL操作，可降低糾纏度。而質(zhì)量可認為源自與粒子交互的結(jié)果，這個交互會產(chǎn)生糾纏。

所以有靜止質(zhì)量的粒子永遠在進行交互以保持靜止質(zhì)量，所以就在不斷產(chǎn)生糾纏，所以加速操作無法將其變?yōu)榭煞蛛x態(tài)，也就無法達到光速。