为什么任何具有质量的物体都不能达到或超越光速？
为什么任何具有质量的物体都不能达到或超越光速？
为什么任何具有质量的物体都不能达到或超越光速？这个问题的答案隐藏在爱因斯坦的狭义相对论中。
在狭义相对论中，“光速不变”是一个非常重要的原理，它是爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理之一。要理解为什么具有质量的物体不能达到光速，我们需要借助两个关键公式：爱因斯坦的质能方程E=mc²和相对论质量公式m rel=m0/√1-(v/c)²。
其中，E为能量，m是质量，c是光速；m rel为相对论质量，m0为物体静止质量，v为速度，c为光速。这个公式描述了物体的质量随速度增加而增加的现象，体现了狭义相对论中的一个基本原理：物体的质量不是恒定的，而是随着其速度增加而增加。
让我们通过逻辑推理来理解这一现象：
假设一个物体的质量为1kg，根据相对论质量公式m rel=m0/√1-(v/c)²，当物体速度v增加时，v/c也随之增加，(v/c)²增大，导致1-(v/c)²减小，√1-(v/c)²也减小，最终1/√1-(v/c)²增大，说明物体运动速度越快，其质量就越大。
再结合质能方程E=mc²，由于c是定值，mc是乘积关系，所以m越大，E就越大。这说明一个具有质量的物体的速度越快，其质量和能量也会随之增大。
但是，这些分析只能说明物体在速度接近光速时，质量和能量会变得很大，还不能直接说明为什么不能达到光速。让我们进一步假设物体运动速度为光速：
根据相对论质量公式m rel=m0/√1-(v/c)²，当v=c时，v/c=1，(v/c)²=1，导致√1-(v/c)²=0。由于物体静止质量m0为1kg，1/0为正无穷（0不能做分母），这意味着当物体速度达到光速时，它的质量将变为正无穷。
再根据质能方程E=mc²，当m为正无穷时，E也将为正无穷。这显然是不可能的，因为宇宙中不存在无限的能量。
因此，我们可以得出结论：任何具有质量的物体都不可能达到光速，只能无限趋近于光速，且自身质量和所需能量会无限增大。
上图是一个示意性的函数图像，展示了物体质量随速度变化的趋势。需要注意的是，这个图像并不精确，仅用于帮助理解。
这个结论不仅在理论上成立，在实验中也得到了验证。例如，大型强子对撞机（LHC）中的粒子在接近光速时，其质量和所需能量确实会显著增加。
虽然科幻作品如《三体》中的曲率驱动引擎和《银河帝国》中的跃迁技术提出了超越光速的可能性，但这些都属于理论上的设想，在现有物理学框架内，具有质量的物体超越光速仍然是不可能实现的。