導讀：光速為什麼是光速，超光速為什麼不可行？

光究竟是什麼？

——靈遁者

關於光的文章，我在《變化》和《見微知著》中介紹過很多了，但有讀者還覺得不夠，內容和完整性遠遠不夠，我自己也是這麼覺得。一本書的完成只代表當下的思想，不能代表永遠。就像我說的，最偉大的人類遠遠沒有誕生，以此來說，最偉大的作品或者書籍，也遠遠沒有誕生。我科普三部曲中的謬誤一定很多，需要補充的點也一定很多，所以我會不斷地去完善它。

今天這篇關於光的文章，是一篇綜合性的思考，我會將它收錄在《變化》一書中。現在就請諸君開動思維，隨我一起來思考光究竟是什麼？

有一點很明確，人類的探索史是一次次“追光史。”我們無法想象如果這個世界沒有光，那將是怎樣的場景？我們無法想象，其實我們也不敢去想象，因為人類需要光。

人類對於兩個概念應該有特別的理解，一個是慣性，另一個就是光。理解這兩個概念和研究這兩個物理現象，將會使得我們把一切物理現象進行串聯和解釋。

那麼問題來了，理解這兩個概念的關鍵是什麼？你來思考一下，是什麼？如果你仔細思考，不難給出答案——場！沒錯，理解慣性和光的關鍵是場，一定是場！

為什麼這麼說，我們一起來思考。首先很多人困惑的一個知識點是光速不變！光速不變原理也是狹義相對論的根基，該原理表明真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。同樣，什麼是慣性，我們似乎都瞭解。但事實上，我們又不瞭解它。這就是我為什麼說，我們要對此兩者的概念有特別的理解。

任何物體都具有保持原來運動狀態的性質，這個叫慣性，慣性是萬有的，任何物體都有。任何物體都有，意味著什麼？意味著廣大無邊和浩淼，於是我們很容易就聯想到了空間！物理學上的名詞自然就是宇宙空間，或者宇宙空間場。

那麼這種宇宙空間場是什麼呢？我們不能說是慣性場，因為沒有任何實驗資料和現象表明存在這麼個慣性場。那麼究竟是什麼使得物體具有慣性，還是一個等待回答的問題。

從慣性質量和引力質量嚴格相等的事實出發，愛因斯坦得出了等效原理。那麼符合什麼使得物體具有慣性，就變得清晰起來。畢竟根據當代物理研究，可供選擇的“項”也少之又少。慣性是萬有的，引力也是萬有的。愛因斯坦根據等效原理和廣義相對性原理得出的理論也是引力理論，不是其他理論。所以我們自然而然，可以提出一個觀點，使得物體具有慣性的原因是引力場。即我在《變化》中反覆強調的：“引力是慣性的源泉。”其他諸如希格斯場，楊米爾斯場，電磁場等，都不是我們應該選擇的“項”。

引力是慣性的源泉的內涵，比你想象地會更奇妙。這意味著萬物都以光速保持其原來的運動狀態。而關於慣性的定義，自然就變成了：

在引力場中，物體保持原來的運動狀態的性質叫做慣性。

這樣一切變得有跡可循，而不再是沒有原因了。不知道你有沒有注意到我在表述什麼？

我說萬物都以“

光速

”保持其原來的運動狀態。大家看到了嗎？慣性和光速看似風牛馬不相及的東西，現在有了直接的聯絡。

現在再回到開頭所說的，理解慣性和光的關鍵是場！現在你大概就有些清晰了，為什麼是場了吧。如果還不夠清晰，我們接著思考。這裡值得說一句，既然萬物具有慣性，那麼光具有慣性嗎？只要是有質量的物體，就具有慣性，就都受到引力場影響，那麼光是有質量的，自然具有慣性。而且光是以光速保持其運動狀態，其他物體同樣和光一樣是以光速保持其運動狀態。比如我現在坐著寫作，就可以說，我在以“光速”保持靜止狀態。【有人會說光沒有質量，這是一種理論假說，是說光沒有靜止質量。可是不存在完全靜止的光子，所以光是有絕對運動質量的，所以光一定是具有慣性的。】

光的本質是什麼？得益於麥克斯韋的貢獻，我們知道了光的本質是電磁波。什麼是電磁波，電磁波是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生髮射的振盪粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性，其粒子形態稱為光子，電磁波與光子不是非黑即白的關係，而是根據實際研究的不同，其性質所體現出的兩個側面。由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。

大家看到了吧，內容寫得十分清楚，電磁波是以波動形式傳播的電磁場！而且還有一點，大家必須明確，光速是與真空磁導率以及真空介電常數是有關係的。看看下面的內容，大家就懂了。

根據公式：

所得出的光速值為2。9979×108 m*s，和光速的實測值非常接近，在1983年國際計量大會決定採用的真空中光速值為2。99792458×10^8 m*s。c為光速；ε0為真空的介電常數=8。85418782×10^（-12） F/m；u0為真空的磁導率=4π×10^（-7） N/A^2。所以，這種數學表示方式是根據麥克斯韋電磁方程組推匯出來的。

而光速在真空中是一個定值，真空磁導率和真空介電常數也是定值。它們都具有一定的“恆定性”，這是光速不變原理的一個原因。顯然真空磁導率和真空介電常數是與時空背景有關的，所以綜合去考量，可以大膽得出光速為什麼是光速，光速為什麼不能超越。

原因就是光速是時空使然，光速恆定有時空背景限制。

為什麼呢？光既然是以波傳播的場，而且大家要把這種場理解為立體場，也就是時空對於電磁場的作用，所以說光速是時空使然。

而光速不能超越，可以認為光速是一種時空束縛態或場束縛態。即物體的能量不可能撼動整個時空，所以物體的速度就不能超越光速。

所以我在第四十四章中關於光的本質的時候寫道：光速【真空中】是一種時空束縛態，光速為定值是時空使然。也就是時空告訴物質如何運動，這種運動就包含了以多大速度運動。光是物質，自然就遵從時空規律。這句話是這樣理解的，不知道你在看前面第四十四章的時候，是如何理解的。因此你就可以大膽得出結論，如果宇宙性質和環境發生變化，那麼光速值自然會波動，所以光速值增加或者減少，不能證明愛因斯坦光速不變理論是錯誤的。

我在那一章裡給了一個理解的案例，大家再看看吧。我們知道河槽寬的地方，河流流速緩慢；而河槽窄的地方，河流流速較快。等量的河水，我讓河槽窄的地方，比原來窄上100萬億分之1米，那麼窄的地方河流的流速有變化嗎？理論上有變化，可是實際呢？實際是沒有變化的，因為這樣微小的變化，至少人類是無法測量出來的。

同樣光速有測量值，也有定義值。但我們都知道，它不是絕對定值，小數點後面有多少數字我們不清楚，這可以解釋為宇宙背景的“彈性”。你會發現很多物理常數，都不是絕對定值，那這就不是偶然。我有一章內容，專門列出了很多個常數，相信大家看到了，很多人可能會認為我是為了湊字數，而增加的這一章。其實還不是，對於這一章，我思慮了很久。我把這些數字都列了一個表了，試著找關係，看看能否找到一些共性，結果沒有找到。當然我的演算法就很簡單，這是能力的限制。如果你看到了，你有新的方法，或許可以算出宇宙這種“彈性係數。”

還有一個思維，我給大家點一下。因為在我們否定了以太之後，就沒有人在思考光或者引力傳播需不需要介質的問題。各位，應該這樣思考。

否定以太沒有問題，是人類的進步，也有實驗支撐。

光波也不能理解為聲波。聲波是振動的空氣引起的，而光波不是。光波，電磁波是由磁場激發的。

我們現在所說的，光不需要任何介質可以傳播，這句話其實是不可想象的。【主要是哲學方面】

我寫這本書，就是為了告訴大家，我們創立一個理論的時候，先去想這個理論，這句話能不能想象是很重要的。光不需要任何介質可以傳播。世界上什麼都沒有這個狀態，你其實是想象不出來的。世界上什麼都沒有的話，世界不可想象，這個邏輯沒有錯吧。

就好像我這樣說，沒有玻璃的話，光不可能在玻璃中傳播。更何況沒有絕對的真空，所以光一定在介質中傳播的，在不同的介質中傳播速度不同。在介質中傳播和需要藉助介質傳播是兩個概念，大家繼續思考。

宇宙中充斥著各種場，所以光傳播的介質是“場”。同樣引力的傳播不需要介質，但引力必須穿透這些宇宙的“場”來把一個個帶有質量的物體連線起來。這樣去想，可以想象，也絲毫不破壞現在理論的框架，只是在表述上，需要修改。

按照我們現在的教科書，甚至可以這樣理解。電磁波是電磁場的激發，它的磁力線延伸在理論上是無窮遠的。這是我們學過的，也就是可以從某種程度上說，場的延伸也是無窮遠的。所以電磁波以各種電磁場為介質進行傳播。大家可以看看現在教科書中關於電磁波的定義，就好理解了。

電磁波是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生髮射的震盪粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性，所以可以說電磁波以自身為介質在進行傳播。

引力，引力波同樣也是，可以透過引力場傳播。因為沒有任何物質的傳播是不可想象的。這和世界存在的方式是矛盾是兩個概念。任何物質都沒有，是世界不存在。世界存在的方式是矛盾的，是說我們關於世界的解釋，一定有不能自洽的地方，就像哥德爾不完備定理所揭示的那樣。

以自身為介質進行傳播，頂多是有矛盾的一面，但是是可以想象的，也有理論基礎。

現代物理學是以西方人的思維進行建立的，他們這種“排除法”的思維是很好的，但不是任何時候都是很好的。

這是我要給大家點出來的一個點。你在科研的時候，你怎麼想真的很重要的。尤其是當一個理論和實驗，你進行了很長時間了，就要想一下，我是不是該換一個路走走，看看能不能走得通。

再進一步發散一下思維，宇宙可以認為有一個，但不排除，我們現在所說的宇宙只是宇宙的一個部分，我們現在是管中窺豹，坐井觀天的人。而另一些宇宙的部分，它們的時空背景有可能與我們的部分有差異化，因此在它們的世界裡，光速是恆定的，但光速的值與我們並不想同，這樣的情況是合理的。以上的內容，可以視為結論，但推出結論的過程在我看來更驚心動魄，也更值得我們去探究。讀了上面的推論，我再次問你一個曾經困惑了科學大佬們多年的問題：光是粒子還是波？

即使今天，這個問題，你還是應該思考。關於光的第一個系統的理論是惠更斯1690年的《光論》，惠更斯認為光是機械波。不久之後，牛頓在1704年發表的《光學》中提出一個截然不同的理論，牛頓認為光是從光源發出的高速直線運動的彈性微粒流，這些粒子就像小彈珠一樣，不同的彈珠有不同的顏色，它們攜帶能量，所以可以生熱。

直到201年後，在1905年又被愛因斯坦拿出來成功解釋了光電效應，並因此獲得諾貝爾物理學獎。光電現象由德國物理學家赫茲於1887年發現，而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學家們在研究光電效應的過程中，物理學者對光子的量子性質有了更加深入的瞭解，這對波粒二象性概念的提出有重大影響。

色散的微粒解釋

色散的波動解釋

而在這之前，1801年一個叫托馬斯楊的人做了雙縫干涉實驗，證明光以波動形式存在，而不是牛頓所想象的光顆粒（Corpuscles），該實驗被評為“物理最美實驗”之一。二十世紀初物理學家將楊的雙縫實驗結果和愛因斯坦的光量子假說結合起來，提出了光的波粒二象性，後來又被德布羅意利用量子力學引申到所有粒子上。認為所有物質都對應著一種波，標誌著“波粒二象性”概念的建立，光既是粒子也是波。

首先面對上面的提問，你一定要清楚，我們開始就下的結論，光是以一種“場”！那麼我問你，場是粒子還是波？你一定要清楚，場是立體的，這是事實。如果你看得細心，自然就讀到了電磁波的定義，定義是電磁波是以波動形式傳播的場。

再問你，單個光子是波還是粒子？單個光子是光嗎？答案是肯定的。那麼光是電磁波，答案自然是單個光子也具有波粒二象性。如果單個光子不具有波動性，那麼雙縫干涉實驗，單光子發射怎麼產生衍射條紋？如果單個光子不具有波動性，那麼德布羅意的物質波理論怎麼能夠成立呢？

在說到干涉或者衍射實驗之前，先了解什麼是干涉，什麼是衍射。物理學中，干涉（interference）是兩列或兩列以上的波在空間中相遇時發生疊加或抵消從而形成新的波形的現象。衍射就是波繞過障礙物繼續傳播的現象。生活中最常見的就是水波的衍射，水波經過一個縫之後，就會是這個樣子：

縫的寬度越窄，衍射作用就越明顯。當有兩個縫隙時候，其實就是干涉和衍射現象都參與了。物理學中，大家熱們討論的電子雙縫實驗，就是這樣的。嚴格表述就是電子雙縫實驗，而不是電子雙縫干涉實驗或者電子雙縫衍射實驗。有了這個認識，我們繼續往下探討。

1801年，托馬斯·楊巧妙設計了一個實驗，讓一束相干光經過兩個很小很小的狹縫，如果光是波，就應該會像水波一樣干涉：

而如果光是粒子，則應該會像子彈槍一樣（一個子彈槍掃射，如果只開1孔，牆上的子彈分佈應該會像1孔大小一樣，如果開了兩孔，2孔的子彈分佈會和1孔類似。事實是，光像水波一樣。楊氏雙縫干涉的結果是這樣的：

楊氏雙縫干涉

光透過雙縫後沒有照亮整個螢幕，而是出現明暗相間的條紋。這充分說明了光是波！

為了進一步瞭解雙縫實驗的物理行為，物理學者好奇地問，假設光子是一個一個地透過狹縫，那麼，會出現什麼物理狀況？1909年，為了解答這問題，傑弗裡·泰勒爵士設計並且完成了一個很精緻的雙縫實驗。這實驗將入射光束的強度大大降低，在任何時間間隔內，平均最多隻有一個光子被髮射出來。經過很久時間，累積許多光子於攝影膠片後，他發現，仍舊會出現類似的干涉圖樣。很清楚地，這意味著，雖然每次只有一個光子透過狹縫，這光子可以同時透過兩條狹縫，似乎自己與自己互相干涉！類似地，電子、中子、原子、甚至分子，都可以表現出這種奇異的量子行為。

後來人們又升級了實驗，產生更加讓人疑惑的現象。例如，稍微改變雙縫實驗的設計，在狹縫後面裝置探測器，專門探測光子透過的是哪一條狹縫，則干涉圖樣會完全消失，不再能觀察到干涉圖樣；替代顯示出的是兩個單縫圖樣的簡單總和。這種反直覺而又容易製成的結果，使得物理學者感到非常困惑不解。簡單來說就是觀測行為影響實驗結果。

你怎麼解釋？首先大家要清楚，單個光子也是電磁波，電磁波以自身為條件【電磁場】進行傳播，所以單個光子或者電子從某種意義上，可以有自我干涉。但並不是說，一個光子同時穿過了兩條縫隙。因為只發射一個光子或者一個電子不會有干涉條紋出現！一個光子的自我干涉還是它自己！如果一個光子同時穿過兩條縫隙，理論上，干涉條紋就會出現。這裡的情況很複雜，不知道你能想到哪些？

我簡單來說說。先不考慮荒誕的問題，我們就說一個光子同時穿過兩條縫隙。有哪些原因可以產生這一效果。1、就是網友們經常說的，平行世界。2、單個光子以電磁場場或以波的形式穿過了兩條縫隙。3、任何環境中都充實著電磁波和電磁場，單光子在進行實驗中，無法避免與電磁場的隔絕，從而與外部環境產生干涉和衍射。

如果這些解釋靠譜，新的問題是既然單個光子以“自我干涉”的形式穿越過兩個縫隙，那為什麼沒有看到干涉條紋。答案還在單個光子身上！那就是單個光子所攜帶的能量如此之小，也無法在螢幕上形成宏觀條紋，所以根本沒有。所以單獨發射一個光子，兩個光子是無法形成干涉條紋的。

那麼再回答另一個問題：“為什麼觀測行為會影響實驗？”答案很簡單，觀測行為是一種擾動，擾動自然會影響實驗。這個問題我專門在《見微知著》中有一章內容，所以這裡不再展開討論。

在這裡還要強調一點，那就是我並不贊同一個光子會同時穿過兩個縫隙。

我說它自我干涉，不是說它會自我分裂或者變身。光子有自己的波長，光子的電磁場延伸範圍理論上也是無限的，但光子的波長不是的。所以它只能透過一個縫隙，但透過場來自我干涉。

一個光子不能形成干涉條紋，就說明了雙縫實驗的干涉條紋是“群體”干涉行為，這也是符合干涉和衍射的定義。那麼此刻就要把描述量子力學的重要武器搬出來了，那就是機率！

核外電子出現的位置無法確定，但透過電子雲，我們大概知道了核外電子哪裡出現的次數多，哪裡少，這是一目瞭然的。1926年馬克思·玻恩提出統計詮釋，認為這種波是一種機率波，即粒子出現在空間某一位置的機率，所以大量電子或光子可以體現出波動性，他們出現在不同位置的機率有大有小，就表現出了干涉的圖樣。

用這個可以可以解釋上面的問題，人們可以控制光子一個一個地發射，但每次同樣地發出一個光子，光子最終到達的位置是不一樣的，如果一個一個發射很多很多的光子，他們就會按照機率的統計分佈在螢幕上，形成干涉圖樣（單光子干涉）。少量光子往往體現粒子性，而大量光子則體現出統計波動性。

有人說量子力學的本質就是機率，你認為呢？這個問題留給你，你慢慢思考。

讀到這裡，你對於什麼是光有了解和認識了嗎？我來為你梳理和總結一下。

首先光是一種電磁波，是以波動形式傳播的電磁場。它具有立體性和廣延性。光速為什麼是光速是時空使然，因為真空磁導率和真空介電常數是定值。光速不能超光速的原因也在於此，物體無法以自身能量拉動整個時空，就必然要在時空的“束縛”中。所以說光速是一種束縛態，這是我個人的表達。你可以有其他的表達，來說明這樣的情況。

光既然是場，那自然就是點，線，面的結合，所以自然就是波粒二象性，甚至是“體波粒三象性”。場的立體性沒有表現出來，是因為看不見，摸不著，但不能說不存在，因為電磁場一定是物質場，不是虛擬場！自我干涉不僅是波的體現，還是體的表現。而且解釋雙縫實驗的關鍵是機率和自我干涉，二者缺一不可。

但永遠記住，我們的問題永遠沒有最後一個。關於光，我還有很多問題，但一旦牽涉出來，就要加入其他的解釋，比如楊米爾斯場，希格斯場等等，我無能為力，留給諸君慢慢解答。本章會收錄在《變化》一書中。靈遁者作品在靈遁者淘寶有。

摘自獨立學者，科普作家，藝術家靈遁者的最新科普文章。

靈遁者，獨立學者。原名王銀，陝西綏德縣人。現居西安。作家，藝術家。主要代表作品為靈遁者科普三部曲《變化》《見微知著》《探索生命》。以及《相觀天下》《手診面診色診大全》《重構世界》《筆有千鈞》《非線性波動》《空瓶子》《從今往後》《我的世界》等。