1905年，爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，在我们宇宙中任何粒子都有一个极限速度，这个速度正好等于真空中的光速。

(资料图片仅供参考)

任何没有质量的粒子（光子、胶子）它们生下来就以光速运动，而任何有质量的粒子它们的运动速度只能无限的接近光速，不能达到更不能超越光速。

这是因为有质量的物体在无限接近光速的时候，它所包含的能量（质量）也将趋于无限大，因此整个宇宙中将有没有足够的能量可以将这个质量粒子加速到光速。

所以说光速不可超越。

更为神奇的是，光子的运动不依赖于任何的参考系，不依赖于任何的观察者，它相对于任何事物都在以光速运动。

也就是说，即使你达到了99%的光速，在你眼里，你依然会看到光在以光速在远离或者靠近你。这一点非常违反知觉，也许光有它自己特有的参考系，只是人类并不清楚。

那么在整个宇宙中就真的没有什么东西的速度能超过光速了？

几十年来，人们对相对论进行了最为严苛的验证，现在看来，爱因斯坦并没有错。

在真空中，没有任何的粒子运动速度可以超过光速。

但是，在宇宙中，确实还有一些事件，它们的运动速度可以超过光速：

物质粒子可以在介质（水、空气）中超过光子的运动速度，也就是说，物质粒子可以在介质中超过光速。宇宙空间的膨胀速度可以超过光速。量子纠缠可以瞬间、超远距离的发生相互作用。

这三种现象切实存在，却还不违背物理学，它们是如何做到的？

物质粒子可以在介质中超过介质中的光速

我们知道光在不同的介质中传播的速度是不一样的，例如真空、空气、水，当然真空中的速度最快，任何物质粒子都无法超越。

但是在空气或者水这种介质中，光速的速度会减少到原来的80%，因此这个时候一个被加速到接近真空中光速的粒子，就可以在介质中轻而易举的超越光速。

光子在介质中被减速最典型的代表就是它在不同的介质中折射率不同。

假设一个被加速到99%光速的电子和一个光子同时进入水中，这时电子的速度并不会减慢，但是光子的速度会因为介质的存在而被减少到原来速度的3/4，那么一个电子就可以轻而易举的超越光速。

当电子在水中超过光速的时候就会产生一种特有的蓝色辉光，叫做切伦科夫辐射。这种现象跟物体在空气中突破音障是一个道理，粒子突破的是光障，也会形成一个激波阵面，产生一个光波锥。

这种现象可以在核反应堆中看到。十分常见。

宇宙空间的膨胀速度

上世纪的二十年代末，因为哈勃的工作，不仅使我们知道的宇宙的范围，而且还让我们知道到了宇宙中的星系正在远离我们，并且距离我们越远的星系，远离我们的速度更快；

这就是所谓的哈勃定律，至此之后科学家们一直在试图测量宇宙的成长率，也就是哈勃常数，目前这个值确定在大约70千米/秒/Mpc。

Mpc的意思是百万秒差距，是个距离单位，也就是100万秒差距或320万光年。这意味着，每隔320万光年的距离，星系远离我们速度就会增加70公里/秒。

这样算下来的话，在距离地球140亿光年以外的地方，那里的星系现在远离我们的速度已经超过了每秒30万公里，也就是超过了光速。

而宇宙的范围远比140亿光年要宽广的多，因此宇宙中已经有非常多的星系远离我们的速度远远超过了光速。

它们此时发出的光将永远不可能再被我们观察到，我们现在能看到的只是很久以前它们发出的光，未来会有更多的星系从我们的视野中消失。

问题是，就连一个质量很小的粒子它们都无法超越光速，那么庞大的星系是怎么做到的？

在我们看来星系在远离我们，但是星系并没有发生移动，而是星系和我们之间的空间在不断的被创生，在膨胀。

这就是像是面包里的葡萄干一样，把面包放到烤箱里，面包在膨胀，葡萄干之间的距离在增加，看起来是葡萄干在互相远离，但其实是面包膨胀了。

同样的，我们的宇宙也是同样的道理，整个宇宙的空间在膨胀。像是一个被不断吹气的气球一样。

在量子力学中，我们发现了两个相互伴生的粒子，它们以一种神奇的现象纠缠在一起，即使它们像个万水千山，它们都可以发生诡异的相互作用。

量子世界和我们的宏观世界截然不同，最大区别就是量子世界有不确定性和各种状态的叠加态。也就是说，一个粒子它在被测量之前，会随机处在不同的位置，这就是位置的不确定性，还有动量的不确定性。

物质粒子还有一种本质属性叫自旋，例如两个费米子（电子）它们想占据同一空间，但根据泡利不相容原理，这两个粒子就需要处在不同的量子态。

也就是说，同一轨道上的两个电子，它们需要有相反的自旋，一个自旋向上，另一个自旋向下。但是在被测量之前，这两个电子都会拥有两种自旋状态。每一个电子都处在两种自选的叠加态。

当我们测量电子的时候，它们的状态就会确定在一个特定的位置以及一个确定的自旋状态，这就是所谓的波函数坍缩。但是每次重复不同的测量实验，会得到不同的位置和自旋状态。

两个纠缠的粒子，就像是两个自旋相反的电子，它们在没有被观察的时候，就是处在自旋的叠加态，但是当一个粒子被测量时，表现出了确定的自旋状态，如自旋向上。

那么另外一个粒子也就会立刻表现出自旋向下的状态。不管它们相隔有多远的距离。

不过，这种现象并不能被用来传递信息，因为上文说了，每次进行测量的时候，都会得到不同的位置和自旋状态，因此我们无法用量子纠缠现象直接传递有用的信息。

量子纠缠现象的发现，让我们感觉到在微观层面上，宇宙像是一个相互关联的实体一样。我们还没有能力从最微小的层面上解释这个世界。