为什么宇宙会将最大速度限制在光速？

lming888

？？？
玄幻的事情是：在这个物理问题下一位我素来敬重的程序话题答主写了一堆我相信任何物理科班出身的学生都难以理解的话，并且得到了另一位我素来敬重的经济话题答主的专业认可………………
他说

事实上我们每天都做这个事情，但是没有人发现这个问题，对的，通常来说时间事实上是以空间的距离来测量的。
这意味着什么？这意味着事实上我们并没有脱离空间对时间的测量方式。（量子力学前时代）
如果我们不能脱离空间来测量时间那意味着什么？意味着速度的定义有问题，速度是距离除以时间，我们现在知道时间可能并不是完全独立的。那距离除以时间就会变得很可疑。

作者：Ivony
链接：https://www.zhihu.com/question/309934940/answer/841401446
来源：知乎
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首先我不知道“量子力学前时代”是什么意思……我估计他是指原子钟发明以前时间都是靠行星运动相对位置测量的……然而这并不是事实……想想看摆钟与沙漏的工作原理……即便在缺乏工具的年代，秒量级的时间测量都可以靠读脉搏来实现………这些手段都是基于“相信”系统变化的内禀周期…………与距离并没有必然联系…………
其次………………即便“不能脱离空间来测量时间”，那为啥“速度的定义有问题”？？why？？“速度是距离除以时间”没错，可用来测量时间的那个距离与你用作被除数的那个距离是两个完全不同的距离啊，怎么就“并不是完全独立的”？？这样定义速度怎么就“可疑”了？
最后………………所有的这一切与速度上限，与相对论有什么关系？怎么就是“这也许就是所谓的最大速度的本质”？这么说来，人类用这套手段测量速度几个世纪都没发现相对论真是太愚昧了！
最后，三言两语回答一下问题。
首先，物理学只探究这个世界“是什么样”的，并不专注讨论这个世界“应该是什么样的”，后者是数学家的工作。可能会有数学家告诉你，一个正定质量物体运动速度没有上限的世界会有这样那样的问题，那个超出我的认知范围。
其次，在实际历史中，一旦你发现一种可以在真空中无耗散传播的波动，那么这个波动的传播速度在任意惯性参考系下都必定是恒定的。这个你自己仔细琢磨下，尤其重要的是想想“真空”与“介质”的区别：存在“相对于介质静止的参考系”，声速就是定义在这个参考系的，但不存在单一的“相对于真空静止的参考系”，所以“真空中的波速”在任意惯性系下都必须是相同的。换言之，如果此波动在某一个参考系下在跑动，那么在任意参考系下它都是跑动的，不存在相对于它静止的参考系，所以也就不要意淫“在相对于它静止的参考系自己跑得比它快”。那么也就是说，如果你在某参考系跑得比它慢，那么在任意参考系，都跑不赢它，那么它的传播速度就是你运动速度的上线。
最后，如果你细心的话，我说的是“正定质量物体运动速度”的上限，因为理论上这个世界有一些奇怪的东西确实是可以超光速运动的。

浪漫无边际缺

大家说的都有点玄，但全是对结果的诠释而不是物理方法上的证明，我觉得让大家接受的应该是实验逻辑与形式逻辑，而不是对于结果的诠释。尤其是实验逻辑，这是物理学的试金石。
首先说结论，光速最大是一个结论而不是前提，这个结论是由两个前提推导出的，即光速参考系不变以及物理规律参考系无关，因此否定这个结果就是否定这两个实验结果。至于因果率，这是在这个为基础之上的一个解释。
大概的发展逻辑可以总结为
1，迈克尔逊-莫雷实验表明光速是任何参考系不变的。
2，任何物理规律应该是参考系无关的。
3，用1和2推导出了洛伦兹变换，以及洛伦兹速度变换，这个公式表明光速是最大速度，超过光速是无法测量的，光速最大是推导的结果，而不是前提，任何否定光速最大的都是在否认1,2。
具体解释一下
1，迈克尔逊-莫雷实验
这个实验是最早是为了测量地球在以太中的速度，因为那时候流行以太学说，认为以太是绝对静止的，这个实验设计的很巧妙，利用了光的波动性原理。
假设以太相对于太阳静止，仪器在实验坐标系中相对于以太以公转轨道速度
向右运动。 光源发光经分光镜分光成两束光，光束1经反光镜M1反射再经分光镜投射到观测屏。光束2

经反光镜M2反射再经分光镜投射到观测屏，与光束1形成干涉。光在以太中传播速度为
，地球相对以太的速度为
。光束1到达M1和从M1返回的传播速度为不同的，分别为
和
，完成往返路程所需时间为：
。光束2完成来回路程的时间为
，光束2和光束1到达观测屏的光程差为
。
然后让实验仪器整体旋转90度，则光束1和光束2到达观测屏的时间互换，使得已经形成的干涉条纹产生移动。改变的量为
。移动的条纹数为
。
实验中用钠光源，
；
地球的公转轨道运动速率为：
；干涉仪光臂（分光镜到反光镜）
，
应该移动的条纹为：
。迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上，并让大理石漂浮在水银槽上，可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数,这时该仪器的精确度为0.01% ,即能测到1/100条条纹移动，用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想：如果让仪器转动90°，光通过OM1、OM2的时间差应改变，干涉条纹要发生移动，从实验中测出条纹移动的距离，就可以求出地球相对以太的运动速度，从而证实以太的存在。但实验结果是:未发现任何条纹移动。在此之后的许多年,迈克尔逊-莫雷实验又被重复了许多次,所得都是零结果。
以上我直接粘自百度百科了，没什么错误。
这个实验就很有意思了，它意味着以太论的破产，否则我们永远是绝对静止的了，于是乎就有人提出了光速在任何参考系不变速的假设，当时洛伦兹也写出了洛伦兹变换，可惜没有进一步。
2，物理规律是参考系无关的，这个不言自明，否则整个物理世界就乱套了，如果一个参考系一个物理规律，那估计根本就不会存在一个稳定的宇宙。
3，伟大的爱因斯坦第一个把1,2作为一个基本公理，发展出了相对论时空观。
这里我就直接截图了，抄书太麻烦
通过5.2式的形式就可以发现，一旦有速度大于光速，那么相对论变换就会出现虚数，虚数是没法测量的，引此实际宇宙没有速度大于光速


如果直接看光速最大会觉得玄，但是从理论和实验的角度上，这是唯一可能解，至于为什么如此，这是现在也在研究的，比如标准模型里没有静止质量乃至弦论都有一定的解释方法。


顺便再说一个猜测，那就是为什么光速是参考系不变的，我觉得和Higgs机制有关，没有与Higgs机制作用就没有质量，是不是就是没有阻碍呢？这个我没见过相关论述，实际上解决这个问题的人也是很少的。

cGtLUxYT

这个问题的假设不对，光速为最大是狭义相对论推导出来的，不是由于某种更深层次的原因。
在19世纪末20世纪初，人们发现电磁理论的麦克斯韦方程并不符合牛顿力学，或者更准确的说是不符合伽利略相对性原理。麦克斯韦方程组中定义了光速。物质的速度应该是相对的，即相对不同的参考系速度会不同。但是麦克斯韦方程组中的光速是一个常数，即不会随着惯性参考系的不同而不同。很多科学家如洛伦兹采用修改麦克斯韦方程的方法来解决这个矛盾，但是爱因斯坦坚信麦克斯韦方程组，于是提出了一个假设，光速是一个常数，不会随着参考系的变化而变化，这个假设称为光速不变原理。在这个假设下，结合相对性原理，可以用数学推导出物质速度等物理量相对不同参考系之间的变化规律，即洛伦兹变换。在这个变换下，可以用数学推导出结论，最大的速度是光速。
因此，光速最大是狭义相对论逻辑推导的结果，基于光速不变这个假设。至于为什么光速是个常数不变，这个是假设的。有人说这个可以用实验证明，比如迈克尔逊莫雷实验就证明了这一点，其实这个是不完全正确的。因为速度的测量依赖时间和距离，但是时间和距离的规定又是基于用光信号传递信息得来的，所以这是一个逻辑上的循环。当然这个就说远了。总之，光速不变是一个公理，没有更深层次的原因，就像平面几何中两点间只有一条直线一样，是一个公理性的假设，在这个假设下做出的推论都能与实验吻合，就说明这个假设是合理的。但没有更深的原因来解释这个假设。

小詠。

开个脑洞~
因为我们都没充“宇宙云”会员，所以被限速了……

我心如烟卸

前面有知友讲到光速，万有引力，膨胀的猜测，和我猜的很类似。我的更形象一些，与大家分享，以博一乐。
如果把地球看成一团烟，这团烟不断膨胀，而我们感觉不出来，以为还是老样子，因为我们也是一团烟，同比例也在膨胀。
膨胀速度很快，可能是光速，甚至是ct的指数。怎么可能这么快？把想象升级，我们和地球其实不是一团烟，而是一团电磁波，那会怎样？
这就很近量子力学了，还有M理论。