這就是宇宙極限速度為299792458米/秒的原因

我們都知道宇宙的極限速度為299792458米/秒，這個速度是宇宙中任何形式的能量所能達到的絕對最高速度。引力波以這種速度運動，光在真空中以這種速度運動，理論上膠子也以這種速度運動!簡而言之，物理學家把這個速度稱為宇宙極限速度C，我們需要理解的是，這個速度並不是光的專利，無質量粒子都可以達到這個速度！

但是無論我們如何努力，永遠不會達到光速。原因很簡單，因為我們有質量。但我們必須理解的是，對於一個有質量的物體，我們可以對它進行無限加速，物理公式並沒有說不讓我們達到光速，只要我們擁有無限的能量，我們人類目前確實無法創造出這麼巨大的能量，但是人類不行，宇宙可以啊，把一個質量粒子加速到超光速的能量對超新星、類星體、黑洞來說小意思，但是我們為什麼沒有發現超光速質量粒子呢？即使擁有巨大的能量，為什麼質量粒子的速度還被限制299792458米/秒之下？我們宇宙的極限速度為何是299792458米/秒？

人類的速度極限

但這並不意味著我們人類會滿足於90%的C，或者99%，甚至99.9999%，我們一直再為額外增加速度，額外增加能量，額外增加推力而奮鬥，為越來越接近無法達到的極限C而努力。

在歐洲核子研究中心(CERN)我們已經將粒子加速到非常接近C，我們還發現了希格斯玻色子。

通過將兩個質子相互撞擊，（一個質子以299792447米/秒的速度朝一個方向運動(僅比光速低了11米/秒)，另一個質子以同樣的速度朝相反的方向運動）我們就能產生強大的高能粒子，其能量上限只受愛因斯坦的E=mc^2限制，基本上可以完全釋放粒子質量所攜帶的能量。在後來的大型強子對撞機中，這個速度增加到299792455米/秒，這些質子將是迄今為止地球上速度最快的質子。

但它們並不是我們創造的速度最快的粒子。

因為質子是一個相對較重的粒子，比圍繞它旋轉的電子重了1836倍!要使電子達到同樣的速度只需要加速質子能量的1 / 1836(或0.054%)。這意味著大型正負電子對撞機LEP(大型強子對撞機LHC的前身)能夠將電子加速到極高的速度。

那麼速度是多少?299792457.9964米/秒，或者說是驚人的99.99999988%C，僅僅比真空中的光慢3.6毫米/秒!

但這些數字只是在我們地球上創造的，我們用超導電磁加速器加速粒子，我們的能量來源於微不足道的化學能源。與來自宇宙的能量相比，我們人類創造的能量簡直太小兒科了。

高能宇宙射線所攜帶的能量

在宇宙中充滿了坍縮的恆星、超新星和超大質量黑洞，包括上圖中活躍星系中心的黑洞，那裡的磁場是我們在地球上創造的磁場強度的數十億倍。宇宙射線主要由高能量質子組成，從各個方向穿過宇宙空間，我們對撞機中加速的粒子所攜帶的能量與之相比根本不在一個數量級上。

宇宙的高能粒子產生時，最高的能量不再是用Gev(10^9 ev)， Tev(10^12 ev)甚至是Pev( 10^15 ev)來衡量。這些宇宙射線中的能量可以一路飆升到10^19 ev以上!

這麼高的能量，這時你可能會認為，這些質量粒子會不會被加速到光速或者超過光速呢？

理論上是可以的，上文說過加速只需要足夠的能量!但是宇宙似乎對物質攜帶的能量有限制。因為當能量在5×10^19 eV以上時，宇宙不會讓粒子保持在這個能量之上!

無論最初創造的粒子攜帶的能量有多高，這些粒子傳播時都必須穿過大爆炸留下的微波輻射。

微波輻射平均溫度約為2.725開爾文，比絕對零度高不到3度。如果我們要計算每個光子的均方根能量，大約是0.00023電子伏，一個很小很小的數字。

正是這些微弱的微波輻射創造了宇宙的速度極限！

高能帶電粒子穿過微波輻射時有機率與光子發生相互作用，那麼就出現這種可能性:如果能量允許，根據E=mc^2，高能帶電粒子與光子作用會產生一個新的粒子!

粒子不能免費獲得能量；它必須來自創造它的系統！高能粒子在能量值10^17ev開始，就會在碰撞中產生正負電子對，但這是一個能量損失非常低效的過程，粒子可以在該能量之上傳播數億光年。

但是更高能量的粒子碰撞還會產生最輕的強相互作用粒子中性π介子，每一個π介子會損耗135Mev的能量。

有一個能量閾值稱為GZK極限值，高於5×10^19 eV的高能粒子與微波發射發生作用就會發射中性π介子，直到低於這個能量閾值！(如果高能粒子有更高的能量，就會產生其他粒子，能量損失的更快！)

GZK極限是以提出者Greisen、Zatsepin、Kuzmin三人姓氏之首字母為名的理論上限，描述源自遠處的宇宙射線應有的理論上限值。

最近幾年一些科學家認為在地球上觀測到的宇宙射線中的粒子能量超過了這個閾值，這意味著觀測到的高能粒子很可能是在我們星系中產生的，傳播距離短，能量還沒來得及損耗到極限值以下，要麼就是我們對相對論的理解有問題(幾乎不可能)。還有另外一個被大多數科學家接受的可能性，那就是我們測量這些前所未有的高能量粒子存在一些問題。

目前觀測宇宙高能粒子的兩個最先進的天文台/實驗，皮埃爾·奧格天文台和高解析度複眼實驗，並沒有發現超過5×10^19 eV的宇宙射線。當一個質子以GZK極限運動時，你知道這個極限能量對質子的速度意味著什麼嗎?

299792457.99999999999999999999918米/每秒。

從數字上看基本已經達到了光速，或者我們換個角度看看，如果一個擁有GZK極限能量的質子和一個光子比賽，飛往離我們最近的恆星比鄰星(上圖中間紅色的恆星)，不可否認光子會先到達，但是質子僅落後22微米，700飛秒後到達。

如果質子和一個光子一路飛向距我們254萬光年的仙女座星系，然後再飛回來，這個旅程將需要將近500萬年，質子可能會遲到大約13秒。

我們所知道的每一個帶電粒子、每一束宇宙射線、每一個質子、每一個原子核都受到宇宙極限速度的限制!其實只是比光速低了那麼一點點，所以當我們夢想著在宇宙中超光速旅行時，這個想法真的很危險！因為來自宇宙大爆炸的微波輻射會立即與我們發生相互作用，損耗能量的同時順便也會把我們烤焦!

這就是宇宙限制所有物質速度的原因！