如果让你去创造我们的宇宙 | 王木头讲科学

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这一次呢，我们先不继续讲新内容，先帮大家解决一下问题。主要问题呢，有两个，一个是很多同学还是表示很难理解为什么物体就不能超光速呢，始终认为这是一件无法想象的事情；另一个问题是关于双生子佯谬的，为什么就不能以小天为参照，最后在图上画出来一条直线，小天看到的不就是小地的先远离然后又靠近吗？

接下来我就用更容易理解的方式来尝试给大家解释一下吧。首先，第一个问题，为什么不能超光速，光速凭什么就可以是宇宙最快速度，有什么道理吗？

这个问题啊，其实还真的没有办法回答，凭什么光速就能是宇宙最快速度，凭什么光速就是那个差不多是30万公里/秒的速度呢，难道快一点，慢一点就不行吗？这一点，所有的科学家会和你一样很困惑，为什么要搞得这么复杂，简单一些不行吗？

可是呢，事实就是这样。其实像这样，没有什么道理但是事实就是这样的事情还有很多。

苹果为什么叫做苹果，如果全世界都把苹果叫做梨，梨叫做苹果不也是可以的吗？为什么不能是这样，必须是那样呢？我们只能认为这本身就是事实，或许背后有什么更深层的道理我们还没有搞明白。不过很有可能就是一次偶然导致了苹果叫做了苹果。或许在另外一个平行宇宙，那里的苹果叫做梨也说不定。

关于光速为什么是最快的，为什么是30万公里/秒，我们只能这么想，或许有什么更深层的道理，我们现在还没有搞明白，但是很大可能就是这是一个偶然。也许还有成千上万的平行宇宙，在那些地方可能有的就没有速度限制，有的光速是60万公里/秒，有的可能只有20米/秒，而我们是恰好处于现在这个宇宙。科学家们能做的就是在光速不变，而且还是30万公里/秒的速度这个大前提下，看一看都有什么奇妙的规律。

我们甚至可以这样来想象，假如说你是一个电脑高手，有一次老师就给你安排任务了，让你用电脑来模拟各种不同宇宙运行的情况。这其实就有些像是做实验，你一定是做过类似的实验的，比如观察阳光对植物生长重要程度。你会怎么做呢？是不是把种子种在好几个花盆里面，然后分别放在阳光充足的地方、背阴的地方以及完全黑暗的地方，然后对比看看3种情况各种会有是结果。这次老师让你模拟不同宇宙，可能也是类似的想法。

让你做的第一个宇宙呢，就是我们曾经认为那种没有什么速度限制的宇宙。于是你很快地就开始编程做起来了。其实也很简单，不需要什么都做，只需要设置好几个基本的宇宙常数和物理规律，然后设定一个初始状态，比如就是一场大爆炸吧，然后就可以看着这个宇宙自己发展就行了。

很快你就做完了，并且交给了老师。老师很满意，然后让你继续去做，刚才做好的那个可以叫做宇宙1号，接下来要做的是宇宙2号。这个宇宙和1号宇宙没有什么太多的区别，唯一的一点不同就是在这个宇宙里面速度有一个上限，这个上限就是光的速度，也就是说所有情况都不能超过这个速度。

你知道老师的要求之后就想，这个太简单了，只要在1号宇宙的基础上加上一个规定既可以了，就像是规定了最快速度的交通规则。不过很快就又有一种不对劲的感觉，老师一向是很严厉的，怎么会提出这么简单的要求，难道其中有什么陷阱？

于是你就考虑来考虑去，到底哪里会有问题呢？忽然你想到了，老师说的是所有情况都不能超过光速，速度不只是在空间上有，在时间上也有，如果不小心的话，就会把时间上的速度忽略掉了，那样恐怕就会中了老师的圈套了。

嘿嘿，既然被自己发现了，那么就想办法解决一下吧。于是你就很自然的想到了，既然光速是最快速度，那么就把这个数值作为总速度，空间和时间上的速度是把这个总速度进行分配的结果。换句话说，就是物体在时间上的速度和空间上的速度相加永远等于光速。这样子就应该永远也不会出现超光速的情况了吧。

你很满意这样的结果，然后把这个做出来的宇宙命名为宇宙2号拿给了老师看。老师说了一声，“恩，你这个想法很不错”。

听到之后你就开始沾沾自喜了，心想：“嘿嘿，老师你难不倒我的，你的圈套我已经发现了”。

可是没想到老师刚才只说了半句话，后面还是有一个“但是”。于是他就继续说道：“但是，你还是没有满足到我的要求。”

听到老师这么一说之后，你先是一惊，然后和老师一交流，明白了老师的意思，的确是没有考虑周全。你的那种分配方法的确是可以一个东西自己不论是在时间维度还是在空间维度都不会超过光速，但是你忽略了速度是相对的。你的这种分配方式完全没有考虑类似这样的情况，比如，在1/2光速运行的火车上，以超过1/2光速的速度奔跑，而且还和火车的运动方向一样，那在火车外面的人看来，是不是就会超过了光速呢。

看来，的确还是没有考虑全面啊，于是你又开始仔细琢磨如何改进了。你明白，把时间维度上的速度考虑进来，这个想法肯定是对的，关键是如何分配速度。既然原来想的那种直接加的方式不对，那么就试试用勾股定理的方式进行分配？然后你就画出来了下面这个图。

这个图怎么解释，我们之前是过的，这里就不详细讲了，如果忘记了的话，可以回头听一下34期的内容。

结果还是不行，然后你就尝试各种分配速度方法，可是怎么试都试不出来，都是会出现超光速的情况。就在你快要放弃的时候，忽然灵光一现。谁说时间维度上的速度和空间维度上的速度一定要相加，为什么就不能是相减呢？

想到这一点之后，你就打算去试试看，反正也没有别的方法了。没想到，很快就试出来了，只要时间维度上的速度和空间维度上的速度各自先平方再相减，这样即使把相对速度考虑进来也不会出现超光速的情况。这种情况如果画出图里，就是下面这样，同样这个图怎么看也不详细讲了，34集里面讲过。

好了，这个时候你终于松了一口气，看来这样的方法是可以了。虽然感觉起来还是有些怪，因为中间是减号的缘故，所以在图上是直线的距离最长。不过，你也管不了这么多了，只能先这么的去做。

于是就按照这样的方法，你制作出了3号宇宙。你这次也非常谨慎，担心会不会还有什么没有考虑到的情况。所以，你没有着急拿着这个3号宇宙给老师，而是自己先琢磨琢磨，看看有没有什么矛盾的地方。

你考虑了很多，什么时间变慢啊、距离变短啊，这样的情况你考虑到了，接近光速运动的火车钻山洞的情况你也考虑到了，虽然看起来有矛盾，但是还是可以自洽的，这套规则自己就可以把这些问题都解释了。

最后你考虑到双生子的问题了，小天小地他们的很多情况看似都有矛盾，但是总是可以用你自己设计的这一套规则解释。唯一麻烦的就是这个问题，如果以小天的视角去看，不就是小地在运动了吗？应该是小地更年轻才对啊。这个问题该怎么解释？你考虑了很久，最后终于想明白了其中的关键。

然后你就拿着这个3号宇宙去找老师交差了。老师看到你的结果之后很惊讶，然后看着你的3号宇宙，问了你很多问题，想从中找出有没有什么矛盾的地方。这个时候你才知道，原来老师虽然留了这个题目，但是他也没答案，他也不知道该怎么做。所以看到你的3号宇宙很惊讶。

老师的问题，无非就是那些你之前已经考虑过的问题了，时间变慢啊、距离变短啊，这些情况会不会出现矛盾。你当然都是对答如流了。

很快，老师就对你的3号宇宙感到非常满意了，开始点头露出欣慰的笑容。可是忽然，他表情一变，说到：“不对”。你也是心中一紧，难道那里有什么问题吗？

等到老师把心中疑惑的说出来之后，你才松了一口气。原来，老师也想到了双生子的问题，他也想到了如果以小天的角度去看小地可能会有矛盾。这个时候，你就把自己想了很久的想法给老师讲了出来，最后老师接受了你的想法。

好了，我们的想象就先到这里吧。你心中是不是也非常好奇，老师到底听到了什么解释呢？我们下次再来讲吧。这个问题之前我也尝试解释过，不过很对同学还是表示难以理解，这次我就换一种讲法吧。听我这样的解释之后，应该可以解答你心中的疑问。

好了，我们下次见。

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