每天秒懂相对论（一）：为什么我们不能超光速运动

之所以狭义相对论理论框架要将光速限制为物体移动或者能量传播的极限速度，就是因为为了使因果律始终成立，为了能够理解这一观点，首先要先梳理一些相对论中不太复杂的基础概念作为铺垫：

1在某一参考系中观测某一物体，该物体的尺寸会随着运动而产生尺度的收缩，就犹如一辆飞驰的汽车从你面前驶过，如果把你自己看作是静止的，那么汽车的尺寸就发生了收缩（现实生活中由于车速较慢，尺缩效应可忽略不计）。

2 若空间中有一事件A是事件B发生的原因，那么A和B就构成因果关系，且在任何参考系下观察A都为B发生的原因。

1一个关于尺缩和因果率的例子

为了由第二条铺垫知识点引出些许洛伦兹变换的概念，现举一例作为说明：

若你在路上看到这样一幕，两辆车刚好擦肩而过，对于你的观察而言，A车头和B车尾处在一条直线上和B车头和A车尾处在一条直线上是同时发生的。

但是如果换一个观测角度，假如你是A车的司机，你会怎样认为呢，这里引入上面作为铺垫的第一条尺缩效应，你看到的情景会是这样：

没错，A车司机会认为，B车车尾与A车车头相遇会先发生，其次才回发生B车车头与A车车尾相遇。

那么相对的，假如你是B车的司机，上面的结论就正好对调：A车车尾与B车车头相遇会先发生，其次才回发生A车车头与B车车尾相遇。

如此一来，一个看似诡异的现象就出现了，在不同的参考系下，因果关系竟然会完全不同，如果真的如此就可能会发生这样的事：在有的参考系下观察者会认为是先有石器时代后来才有信息时代，有的参考系认为是先有信息时代后有石器时代，有的又认为两个时代是同时存在的。这样的结论显然是不合理的，因为描述这类问题不能纯粹的采用狭义相对论的这一观点来看待，为了解决这样的问题，就有必要引入洛伦兹变换，站在洛伦兹变换的角度进行解释了。

2洛伦兹变换的简单引入

这里直接给出洛伦兹变换关于时间的转化式（之后看情况是否更关于洛伦兹变换的科普文）：

读者先暂时不去纠结公式的由来及深层含义，只用大致知道这个公式是用来描述不同惯性系间时间关系的转换式就行，因为物体随着运动的产生，时间会膨胀。那么相对于静止的惯性系时间就会存在差异，此差异就可以采用等式进行描述。

此式中的t’和t分比为两不同参考系下的时间间隔，v为一参考系下的运动速度，Δx为此参考系下的位移量，c为光速。

由公式可知，当括号内的项为负数时，代表Δt’为负，时间反向，因果将会倒置，所以分析该公式，其实主要就是比较括号内的两项的大小关系：

如果对这两个式子通分并做些许变形，可以得到下面的形式：

这个式子中我们可以做这样的比喻，若有两个事件A和B发生了，这两个事件发生的位置的空间距离就是上式的Δx,两个事件发生的时间间隔就是上面式子的Δt，假若A事件是秦始皇下令修筑长城，B事件是你在长城游玩，两个事件的空间距离很小，时间距离很大（分子大，分母小），那么在观测者运行速度不快（未超光速）的情况下就会看到先有秦始皇下令修筑长城再有你长城旅游（因为上式左端大于右端，差值为正数）。

但是假如观测者允许超光速运动，那么右侧的值将会大于左侧，导致差值为负，使因果律失效。

因此为了保证因果律的成立，狭义相对论的理论框架将光速作为物体运动的极限速度。