如果光速无限快，那会如何？

你正在海边，也许是黄昏时分，和某个特别的人蹲在海岸线上。当你看见太阳接触海平面时，实际上它已经落下去了。因为我们看见的太阳，是它8分30秒前所在的位置。我们与太阳相隔1.5亿千米，且光的传播速度有限。如果现在光速变为无限快，那么明天太阳升起和落下的时间就会提前8分30秒，但是如此一来，我们，乃至宇宙都会不复存在。所以说到底，现在这样就挺好。

但我们一步一步来，现在——如果是《黑客帝国》（Matrix）中的莫菲斯也许会说——我们要进入兔子洞了。

光速有限这是事实，最明显的体现是光线出发与到达目的地之间有延迟。对我们人类来说，光速快到难以置信，只需要一秒钟，光就能传播足足300 000千米！以这样的速度，用不了0.01秒就能从罗马抵达莫斯科，0.001秒就能从米兰到佛罗伦萨。2018年10月，美国的帕克太阳探测器打破了人造物的最快纪录：它的速度高达68.6千米/秒，也就是247 000千米/小时。这个速度对人类来说已经非常快了，却不过是光速的0.02%。光速是我们望尘莫及的。

然而，从某个角度来看，光速其实非常慢。请仔细想想：如果光速真的很快，那么光线穿梭整个宇宙的时间就不会是数十亿年了。2016年人类发现了已知最远的星系，位于大熊座，被天文学家称为婴儿星系（GN-z11），它发出的光线经历了134亿年才传播至地球。宇宙是这般广袤无垠，以至于光穿越其中时宛如一只蜗牛在爬行。如果光是速度最快的物理实体，那就表明，宇宙中所有事物的速度都慢到令人难以置信。

现在我们想象在一个宇宙中，光能够瞬间传播出去，没有任何延迟。太阳会提前8分30秒落下，这我们知道了。我们会看到婴儿星系当下的模样，而非134亿年前的样子。但也说不定我们根本看不见它，因为它可能已与其他星系融合，不复存在。

仙女座距离我们250万光年，并且正在靠近。我们看见的是250万年前的它，也就是比实际距离更远的仙女座。如果光速无限快，我们将发觉它更近，因此也更大、更亮。

眺望空间的远方就是眺望时间的远方，这是事实，虽然听起来让人头晕，但对天文学家来说却很有用。它使天文学家能观测天体演化到不同阶段的样子：一个天体距离越远，它演化的时间就越短。借此，我们可以更好地了解原始星系是如何形成的。

举个例子，几乎所有星系的中心都有一个巨大无比的黑洞。在类星体这种星系中，有大量物质坠入其中央黑洞。这些物质在坠落过程中会变热，散发出光芒并释放能量。这是年轻星系中的一种常见现象，年轻星系的黑洞尚处于非常活跃的阶段。如果光速无限快，那或许我们根本就不知道这些星系的存在。离我们最近的类星体叫“3C 273”，与我们相距24亿光年，实际上，我们正在观察24亿年前的它。也许这个星系的中央黑洞现在已经不“吃”东西，也就是不再活跃了，而我们能看见它仅仅是因为光速并非无限快。

但宇宙中不只有这些星系：我们是无法看见整个宇宙的。能看见的只是一部分，我们称之为“可观测宇宙”，也就是发出的光线已到达地球的区域。因为宇宙并非一直存在，而是在138亿年前诞生的，所以我们只能看见那些发出光线在近138亿年内抵达地球的天体。除此以外的任何天体我们都看不见：它们的光线传播至我们的望远镜还需要一些时间。如果光速无限快，我们就不受此限制了：整个宇宙都能观测到。应该比现在的宇宙大多了，没准儿是无限大。

但在兔子洞中再深入一些我们就会发现，光速并非一个简单的数字，而是自然界的一个基本常数。现代物理学的一大支柱——爱因斯坦的相对论就离不开该常数。这一超凡的理论有个前提，即对于所有事物，光速都相等且始终不变。如果光速变为无穷大，那么，相对论也会垮台。我们在校园学习的基于牛顿定律的经典物理学，其实质也是一种相对论，但它认为光速无限快。所以，如果光速变为无穷大，那我们将会生活在一个完美的牛顿世界：没有相对论，也就没有它的奇异产物，比如黑洞和引力波，后者即为时空涟漪。你们还记得前面的类星体吗？它们将不复存在，因为它们就类似于黑洞。

行吧，你们会说，就算没有黑洞和引力波，天文学也一样有意思。可能是的，但如果没有相对论，连宇宙大爆炸都不会发生，因而也不会出现宇宙膨胀，因为“宇宙从一个初始奇点开始膨胀”这一观点直接来源于广义相对论的公式。假设光速无限快，就等同于将那些公式丢进垃圾桶，也找不到可以研究宇宙演化的理论了。没有相对论，也许大爆炸都不可能发生，因此也就没有宇宙本身。现在觉得兔子洞很深了？想什么呢，你们还什么都没见到。

没有相对论，甚至不存在“E=mc2”这个公式。这可是个大问题，因为它是调节核反应的方程之一。说白一点，核反应就是恒星内部发生的、让恒星发亮的反应。你们知道那个公式里的c是什么吗？是光速。如果光速数值变成无穷大，这个公式就失去了意义。核反应不再产生能量，恒星也不再发光。我们的太阳之所以能在900万年里释放出能量，是因为其自身引力使它保持高温，但以后我们就再也没有能量来源了。没有时间供生命演化，即使是最简单的生命形式。地球上没有，其他任何行星上也没有。再说，就连行星都不会形成：形成行星需要原子，而原子产生于恒星的核反应。没有核反应，就没有碳、氧、氮、硅，行星和生物诞生需要的其他任何元素也都没有。

因光速无限快而消失的不只是相对论。光是一种电磁波，也就是电场和磁场的交替振**。电场变化产生磁场，磁场变化又产生电场。问题在于，要使这一机制得以运作，光速必须有个限度。光速无限快会导致电磁学方程改变，导致其中一个场的变化不再产生另一个场。再也不会形成光，更别说光线传播了。宇宙将会是一片黑暗，除非光并不是电磁波，而是一种全然不同的东西，然而我们实在想不出它还能是什么。

你们知道除了电磁波，另一个调控电磁的东西是什么吗？是任何与电荷有关的东西。那你们知道哪些东西是由电荷组成的吗？实事求是地说，是任何东西。原子的组成包括电子（负电荷），这些电子围绕质子（正电荷）和中子运动。这一结构得以保持住，实质上是因为携带相反电荷的质子与电子间的相互作用。如果光速无限快，这个微妙的平衡就会遭受干扰，甚至被彻底打破。别说重原子了，什么原子都没了。宇宙中我们认识的、喜爱的东西剩下不多了。但总有什么物质存在，对吧？错。兔子洞还有很深呢。

回到“E=mc2”。这个等式的实质意义是：能量（E）与质量（m）就像一块奖牌的正反两面，是同一事物的两种称谓。光速（的平方）是双方转换的媒介，就好比汇率的存在能使一笔欧元转化为等值的美元。举个例子，在核反应中，粒子的一部分质量会转化为能量。反之同样成立，能量可以转化为质量，即变为物质。但这更困难得多，因为光速的平方是一个非常大的数，为了产生一丁点儿质量需要非常多的能量。如果光速无限快，那么要产生一些质量就需要无穷多的能量，宇宙也就没有生产物质的机制了。因此，我们的宇宙里将不再有光，也不再有物质：实质上就是一锅没有质量的粒子“汤”。所有粒子都会以无限快的速度运动，因为没有质量的粒子只能以光速运动。宇宙真的会变得面目全非。但至少基础结构，也就是空间和时间还存在吧？就是现在，我们要与兔子碰面了。

事实上，光速并不是光的速度。更准确地说，它还有一个更深层的含义。我们把它叫作“光速”，是因为我们在研究光时发现了它，但对宇宙来说，光传播的速度有多快并不太重要。光以那种速度运动，因为那是空间和时间里某物运动的最快速度。我们说的“某物”不单单指物理实体，也指信息。光速是信息传递的最快速度。如果太阳爆炸，我们会在8分30秒后发现，因为爆炸的信息——这里指引力的传播——以光速运动。不知你们是否想到，信息传递的速度就是原因先于结果发生的速度：太阳爆炸是因，地球被弹开是果。物理学家称，光的速度就是因果的速度。

物理学中有一条显而易见的基本原理，以至于书本里都不明确书写：因果律（principio di causalità）。它仅仅关乎一个事实：自然界的事件应当按照原因先于结果的顺序发生。这是对宇宙的一个极小要求，但其实现有一个必要前提，即因果传递的速度有限。假设光速无限快，那就等同于因果传递的速度也无限快。原因不再先于结果出现，所有事物在所有地方同时出现，因为它们的运动速度都无限快。宇宙成了一个巨大的“此时此地”，没有物质，没有空间，也没有时间。本质上看它并不算是一个宇宙。它成了毫无意义的东西，甚至根本无法存在。

下一次你们欣赏日落时，也许是蹲在海岸线上，告诉身边那个特别的人：此时的太阳其实已经落下海平面了。并且告诉她（他）这是好事儿，因为若非如此，就没有宇宙来容纳你们无尽的爱意了。

[1] 指进入未知世界的入口，源自1865年出版的著名儿童文学作品《爱丽丝梦游仙境》。