摘要：然而，尽管我们人类做不到，宇宙却能轻而易举地赋予一个粒子超光速的能量——这在超新星、类星体、黑洞中不过是小菜一碟。但为何我们至今未见超光速的粒子呢？在拥有强大能量的前提下，为何所有粒子的速度都被限制在299792458米/秒之下？

众所周知，宇宙中的最快速度是299792458米/秒，这个数字代表了光速，是所有形式能量能触及的极限。

引力波、光子，甚至理论上的胶子，都以这个速度飞驰。科学家们称之为宇宙极限速度，即C。

重要的是，我们需要理解，这个速度并不是光的专利，无质量的粒子都能够达到这个速度。

但无论人类多么努力，我们似乎永远无法触及光速的边缘。为什么？

答案其实并不复杂，只因我们携带着质量。尽管物理学并未禁止我们达到光速，条件是拥有无穷无尽的能量，这对我们目前科技水平而言，是天方夜谭。

然而，尽管我们人类做不到，宇宙却能轻而易举地赋予一个粒子超光速的能量——这在超新星、类星体、黑洞中不过是小菜一碟。但为何我们至今未见超光速的粒子呢？在拥有强大能量的前提下，为何所有粒子的速度都被限制在299792458米/秒之下？

在欧洲核子研究中心(CERN)，我们将粒子加速到接近光速的程度，并发现了神秘的希格斯玻色子。

通过质子间的猛烈撞击，我们制造出了接近极限速度的高能粒子，其能量上限仅受制于爱因斯坦质能方程E=mc^2，理论上可释放粒子内在的全部能量。在大型强子对撞机中，这个速度甚至一度达到299792455米/秒，成为地球上速度最快的质子。

但速度的极限并不止于此。

质子虽重，但围绕它旋转的电子质量却轻得多，仅比质子轻1836倍。这意味着加速电子至相同速度所需的能量远低于质子。

大型正负电子对撞机LEP能将电子加速到惊人的速度，即299792457.9964米/秒，或者说99.99999988%C，只比真空中的光慢3.6毫米/秒！

然而，这些都仅是人类在地球上所能达到的成就。我们使用超导电磁加速器，依靠微不足道的化学能源获得能量，与宇宙中的能量相比实在微不足道。

在宇宙间，活跃着坍塌的恒星、超新星和巨型黑洞，它们的磁场强度是地球上我们所制造的磁场的数十亿倍。宇宙射线主要由高能质子构成，穿梭于宇宙空间，其携带的能量与我们加速器中的粒子相比，根本不在一个数量级上。

宇宙的高能粒子在产生时，其能量已经不再以Gev、Tev或Pev来度量，而是一路飙升至10^19 ev以上！

面对如此高的能量，很多人会有疑问：这些质量粒子会不会被加速到光速甚至超过光速呢？理论上答案是肯定的，只要有足够的能量支持加速。

但宇宙似乎对物质携带的能量施加了某种限制，因为当能量超过5×10^19 eV时，宇宙不再允许粒子维持在这一能量水平。

无论最初创造的粒子携带了多少能量，它们在传播过程中都必须穿越大爆炸留下的微波辐射背景。这些微波光子的平均能量极低，仅为0.00023电子伏。

正是这些微弱的辐射，在悄无声息中塑造了宇宙的速度极限。当高能带电粒子穿过这些微波辐射时，它们有可能与光子发生相互作用，根据质能方程E=mc^2，形成新的粒子。

粒子并不能无中生有获取能量，能量必须来自其所在的系统。

当高能粒子的能量达到10^17ev时，就会在碰撞中产生正负电子对，尽管这是一个非常低效的过程，粒子可以在此能量水平上传播数亿光年。然而，更高能量的粒子碰撞会产生最轻的强相互作用粒子——中性π介子，每个π介子会消耗135Mev的能量。

存在一个被称为GZK极限的能量阈值，高于5×10^19 eV的高能粒子在与微波辐射相互作用时，会发射中性π介子，直到能量降至该阈值以下。（如果高能粒子拥有更高能量，会生成其他粒子，导致能量更快地损失。）GZK极限是基于理论预测，描述了来自遥远宇宙的高能射线应该具有的理论极限值。

最近几年，一些科学家提出地球上观测到的宇宙射线中粒子的能量可能超越了GZK极限，这可能意味着观测到的高能粒子很可能是在我们银河系中产生，由于传播距离短，能量还未来得及降低到极限值以下。

当然，这也可能是因为我们对相对论的理解有误（这几乎不可能）。另一个更被广泛接受的解释是，我们对这些前所未有的高能量粒子的测量存在问题。

当前，最先进的宇宙高能粒子观测设备——皮埃尔·奥格天文台和高分辨率复眼实验——尚未发现任何超过5×10^19 eV的宇宙射线。

想象一下，当一个质子以GZK极限的速度运动时，这意味着它已经接近了极限速度，即光速。

让我们从数字上感受一下这个速度：299792457.99999999999999999999918米/每秒——几乎与光速无异。

想象一下，一个拥有GZK极限能量的质子与一个光子比赛，飞向我们最近的邻居——比邻星。毫无疑问，光子会首先到达，但质子仅落后22微米，700飞秒后到达。如果质子和光子一起飞向仙女座星系再返回，这个旅程需要近500万年，质子可能只会迟到大约13秒。

我们所知的每一个带电粒子、每一束宇宙射线、每一个质子、每一个原子核都受到宇宙极限速度的制约！实际上，它只比光速慢了一点点。

因此，当我们梦想在宇宙中超光速旅行时，这个想法实际上非常危险，因为来自宇宙大爆炸的微波辐射会立即与我们发生相互作用，不仅损耗能量，还可能顺便将我们烤焦！

这就是宇宙限制所有物质速度的根本原因。

来源：宇宙怪谈