人類已知的最快速度是光速,宇宙中是否還有超越光速的速度

説到宇宙的極限速度，我們第一反應就是真空中的光速，任何有質量的物體或者是包含信息的物體都無法達到這個速度，只能無限的接近。

這是物理學上的速度限制，也是宇宙本身的速度極限。20世紀初，愛因斯坦首先意識到了這個問題，並且他還提出，無論觀察者處在怎樣的運動狀態，我們看到的光速都是一個恆定的值。

雖然這聽起來多少有些詭異，但1887年邁克爾遜-莫雷實驗的結果就是這樣，光速不變、無法達到和超越已經成為了物理學上的公理。

但是在真實的宇宙中，情況更加糟糕，因為還存在一個比光速還要低一些的速度極限，它的存在使得我們人類本身都無法實現無限接近光速這個小目標。

如果我們想要實現無限的接近光速，就首先要突破這個障礙，這才是人類去往極限速度路上的絆腳石。

光速為299,792,458米/秒，這個速度是光在真空中的速度，除了光子可以達到這個速度外，還有膠子和引力子可以達到這個速度，因為這兩種粒子都沒有質量。

而夸克、電子（輕子）、中微子這些粒子都具有質量這個本質屬性，且由它們組成的質子、原子、人類也具有質量，所以我們現實生活中可以看到的所有物質在真空中都必須低於光速運行。

而那些無質量的粒子、波都必須在真空中以光速運行。那麼我説的另外一個速度極限是什麼呢？這要從真空説起。

我們一般認為宇宙真空那真的是“真空”，但是事情遠沒有我們想的那麼簡單，即使在宇宙的深處，真空中也包含一些成分，主要有以下三個方面：

真空中充滿了低温輻射（CMB），也就是我們常説的微波背景輻射，它們來自於宇宙大爆炸後產生的高温輻射，經過138億年的冷卻以後，目前已經這些光子已經進入了微波波段。

且温度目前只有2.7K，不過這些光子大量的存在於宇宙空間中，在你的身邊也無處不在，密度為400個光子/cm^2。

真空中充滿了中微子輻射（CNB），也就是我們常説的中微子背景輻射，這些中微子跟光子一樣，也是從大爆炸時期產生的，它們的速度和光子十分接近，可以説無法區分，因為它們稍微有那麼一點點質量。

它們也大量的充斥在空間中，不過它們為中性粒子，不參與電磁交互左右，雖然每秒鐘有超過數十億的中微子在穿透我們身體，但我們對它們無感。

真空中充斥着星際介質，宇宙中有大量的物質通過引力在漫長的時間中凝聚成了恆星、星系這些物質結構，但還有大量的物質殘餘，它們充斥在星際空間中。

包括一些塵埃、中性原子和被星光電離後的等離子體。

這裏就存在一個問題，你看，我們人類要想創造能量更高的粒子，也就是動能最高的粒子，或者是無限接近光速的宇宙飛船，它們都需要在空間中飛行。

因此它們在飛行的時候都會不可避免地遇到空間中以上的三種物質。其中以微波輻射的光子影響最大。

因為這些光子在宇宙中的數量最多，且分佈的非常均勻，更加重要的是，人類可以加速的高能量帶電粒子或者是製造的超高速宇宙飛船，都會與這些光子發生相互作用。

這種相互作用就是我們人類在以後無限接近光速中遇到的極大障礙。

大型強子對撞機是我們人類目前所能創造最高速度的地方，但是在宇宙中還存在着一些天然加速器，它們的能量更大，所能創造的粒子的速度更快，它們就是中子星和黑洞。

這兩種天體是宇宙中的兩頭怪獸，它們不僅是宇宙中引力最大的地方，而且還是磁場最大的地方，我們人類在大型強子對撞機中所創造的磁場強度在它們面前簡直就像是剛學會玩泥巴的小孩。

從中子星和黑洞中噴射出來的宇宙射線是人類有史以來發現的能量最高、速度最快的粒子。

大型強子對撞機中所創造的質子速度達到了299,792,455米/秒，這相當於99.999999%的光速，而高能宇宙射線的能量是對撞機中質子的3600萬倍。

則速度為299,792,457.9999999999999992米/秒，十分接近光速，但是還是低於光速。但是奇怪的是，我們在地球上所接受到的宇宙射線中的質子能量（速度）大部分都集中在這個速度上，且不會比這個速度更高。

按理來説，這些宇宙射線應該可以無限的接近光速，它們會在不同的數值上靠攏光速，但事實上並沒有，而是在這個速度上出現了截止。

正如上文所説，宇宙的真空它不是真空，這些宇宙射線誕生的時候，它們的速度肯定更快，更加接近光速，能量更高，但是當他們在空間中飛行的時候與微波輻射中的光子發生了相互作用。

雖然這些光子的能量非常低，但是宇宙射線中質子的能量卻非常高，當這些質子與光子發生碰撞的時候，就會在E=MC^2中產生新的粒子，並從高能質子中竊取能量，降低質子的速度。

而宇宙射線中質子的這個極限速度對應了一個極限能量為5 × 10^19 eV，也就是説，當你創造了一個質子的能量高於5 × 10^19 eV，那麼它在空間中飛行的時候就會與光子碰撞持續的產生π介子。

直到質子的能量跌破或回到5 × 10^19 eV，這個能量就是宇宙中的能量極限，被稱為GZK極限。GZK是三位物理學家名字的首字母，這個理論解釋了宇宙射線中粒子的速度為何出現截止的問題，也解釋了粒子所能攜帶能量的極限。

我們目前認為宇宙中的每一條宇宙射線、每一個質子、每一個原子核，包括宏觀世界的物體，都必須遵守GZK極限。

GZK極限所帶來的速度極限比光速要低一些，我們無法跨過這個速度去無限的接近光速。例如，某一天我們在大型強子對撞機中創造了能量高於5 × 10^19 eV的質子，速度達到了299,792,457.9999999999999992米/秒以上。

但可惜的是，這時的質子會大量的損失能量，以非常快的速度跌破這個能量極限。所以説，我們人類在未來接近光速的途中，肯定會遇到這樣的困擾。

如果我們創造了速度非常快的宇宙飛船，那麼它也會和微波輻射中的光子發生相互作用，導致整個飛船被燒燬。

所以説穿越宇宙的所有帶電粒子，包括我們能看到的所有物質存在一個速度限制，它不是光速，而是一個比光速還要低一些的數值。這一切都是因為大爆炸產生的微波輻射造成。

不過隨着未來宇宙的不斷膨脹，微波輻射中的光子會持續的冷卻，由它造成的速度極限會不斷的上升，緩慢的接近光速。

但需要注意的是，微波輻射中的光子並不會在某一天消失不見，它只會越來越冷，它一直都將是人類無限接近光速路上的絆腳石。