ในกระบวนการสํารวจส่วนลึกของจักรวาลการจํากัดความเร็วแสงเป็นหัวข้อที่น่าสนใจเสมอ เป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับว่าในสุญญากาศความเร็วของแสงจะคงที่ประมาณ 458,0,0 เมตรต่อวินาที

ความเร็วนี้ถือเป็นขีดจํากัดของข้อมูลและการถ่ายโอนพลังงานในจักรวาล อย่างไรก็ตามนี่ไม่ได้หมายความว่าความเร็วแสงเป็นขีดจํากัดบนของความเร็วของวัตถุทั้งหมด

ในกรอบของกลศาสตร์นิวตัน ความเร็วสัมพันธ์กับพื้นที่สัมบูรณ์ แต่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ พื้นที่และเวลานั้นสัมพันธ์กัน และแนวคิดเรื่องความเร็วก็เปลี่ยนไปตามนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งขีดจํากัดของความเร็วแสงที่กล่าวถึงในทฤษฎีสัมพัทธภาพหมายความว่าความเร็วท้องถิ่นต้องไม่เกินความเร็วแสงในกรอบอ้างอิงเฉื่อยใด ๆ ซึ่งหมายความว่าในขณะที่วัตถุอาจดูเหมือนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ํากว่าความเร็วแสงในกรอบอ้างอิงหนึ่ง แต่วัตถุเหล่านั้นอาจทํางานเร็วกว่าความเร็วแสงในอีกเฟรมหนึ่ง

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือปรากฏการณ์การขยายตัวของจักรวาล

ในจักรวาลวิทยา กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลเคลื่อนตัวออกจากเราด้วยความเร็วแสงที่เร็วกว่าความเร็วแสง แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าพวกมันเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงในอวกาศจริงๆ ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการขยายตัวของอวกาศในเอกภพซึ่งระยะห่างระหว่างกาแล็กซีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและการเพิ่มขึ้นนี้อาจเกินความเร็วแสง

อย่างไรก็ตามสําหรับวัตถุที่มีมวลหยุดนิ่งมากกว่าศูนย์เช่นเดียวกับวัตถุทั้งหมดที่เราเห็นในชีวิตประจําวันพวกมันไม่สามารถเกินความเร็วแสงในกรอบเฉื่อยได้ สิ่งนี้ถูกกําหนดโดยขีดจํากัดที่เร็วกว่าแสง ซึ่งช่วยปกป้องห่วงโซ่สาเหตุของจักรวาลจากการหยุดชะงัก

หากวัตถุสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง ในทางทฤษฎีวัตถุนั้นก็สามารถย้อนเวลากลับไปได้ ซึ่งนําไปสู่ความสับสนเกี่ยวกับเหตุและผล ดังนั้นความเร็วของแสงจึงกลายเป็นขีดจํากัดที่ผ่านไม่ได้ไม่เพียง แต่ขีด จํากัด ของความเร็วเท่านั้น แต่ยังเป็นกฎพื้นฐานที่ปกป้องระเบียบของจักรวาลด้วย

เมื่อเข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพของขีดจํากัดความเร็วแสงแล้ว เรามาดูผลที่ตามมาของความเร็วที่เร็วกว่าแสงกันดีกว่ากัน ประการแรกการวัดความเร็วนั้นสัมพันธ์กันและขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงของผู้สังเกตการณ์ เมื่อเราบอกว่าวัตถุเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงเป็นสองเท่าข้อความนี้สมเหตุสมผลในกรอบอ้างอิงเฉพาะเท่านั้น แต่ถ้าวัตถุเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสง จะส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการวัดเวลาและพื้นที่

การวัดเวลาดําเนินการโดยอุปกรณ์ที่ซับซ้อนเช่นนาฬิกาอะตอม นาฬิกาอะตอมวัดเวลาผ่านคาบการสั่นของอะตอม และคาบการสั่นเหล่านี้มีความเสถียรมาก อย่างไรก็ตามหากวัตถุเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงเวลาที่วัตถุประสบจะแตกต่างจากที่ผู้สังเกตการณ์อยู่กับที่ประสบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามทฤษฎีสัมพัทธภาพเมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้ความเร็วแสงเวลาของวัตถุจะช้าลงซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการขยายเวลา

หากความเร็วของวัตถุเกินความเร็วแสงเวลาของวัตถุจะไหลย้อนกลับซึ่งหมายความว่าวัตถุนั้นสามารถย้อนเวลากลับไปได้

สําหรับการวัดพื้นที่เรามักจะใช้ความเร็วแสงเพื่อกําหนดหน่วยของระยะทาง – มิเตอร์ หนึ่งเมตรหมายถึงระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศใน 299792458/0 ของวินาที ดังนั้นความเร็วของแสงจึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับการวัดพื้นที่ หากวัตถุเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงการเคลื่อนที่ในอวกาศก็อาจแปลกประหลาดได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น วัตถุที่เคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงสามารถครอบคลุมระยะทางหนึ่งวินาทีแสงได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในโลกมหภาคความเร็วต่ําทั่วไป

อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่แท้จริงของการเคลื่อนที่ที่เร็วกว่าแสงคืออาจนําไปสู่การล่มสลายของห่วงโซ่สาเหตุ หากวัตถุสามารถย้อนเวลากลับไปได้ ก็สามารถมีอิทธิพลต่อเหตุการณ์ในอดีตในทางทฤษฎี ซึ่งนํามาซึ่งความขัดแย้งและความสับสนเชิงสาเหตุ

ตัวอย่างเช่น ถ้าฉันสามารถย้อนเวลากลับไปได้เร็วกว่าแสง ฉันอาจป้องกันการเกิดของตัวเอง แล้วฉันดํารงอยู่ได้อย่างไร? ความขัดแย้งนี้ชี้ให้เห็นว่าต้องมีกลไกบางอย่างในจักรวาลเพื่อป้องกันไม่ให้การเดินทางที่เร็วกว่าแสงขัดขวางห่วงโซ่สาเหตุ และการจํากัดความเร็วแสงเป็นกลไกหนึ่งอย่างแม่นยํา

เพื่อให้เข้าใจหลักการของความไม่แปรปรวนของความเร็วแสงอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นเราจําเป็นต้องทบทวนแนวคิดพื้นฐานบางประการในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ในโลกมหภาคความเร็วต่ําสูตรสําหรับการสังเคราะห์ความเร็วที่เรามักใช้นั้นง่ายมาก: ความเร็วเท่ากับระยะทางที่เดินทางต่อหน่วยเวลา แต่สูตรนี้ล้มเหลวเมื่อความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ให้สูตรที่แม่นยํายิ่งขึ้นสําหรับการสังเคราะห์ความเร็วโดยคํานึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและเวลา

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเมื่อวัตถุสองชิ้นเคลื่อนที่สัมพันธ์กันด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างวัตถุเหล่านั้นจะไม่รวมกัน ในความเป็นจริงแม้ว่าวัตถุชิ้นใดชิ้นหนึ่งจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงและอีกวัตถุหนึ่งกําลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุจะไม่เกินความเร็วแสง เนื่องจากเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น เวลาจะช้าลงและพื้นที่จะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงนี้มีขนาดเล็กมากที่ความเร็วต่ํา แต่จะมีความสําคัญเมื่อใกล้เคียงกับความเร็วแสง

เมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้ความเร็วแสง เวลาของวัตถุจะขยายตัวมากจนเวลาเกือบจะหยุดลง นี่คือเหตุผลที่วัตถุที่ถึงความเร็วแสงไม่สามารถเกินความเร็วแสงได้เพราะเพื่อให้ได้ความเร็วแสงเวลาของมันจะต้องเข้าใกล้อนันต์ซึ่งเป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ ในทํานองเดียวกัน เป็นไปไม่ได้ที่วัตถุใดๆ ที่มีมวลหยุดนิ่งจะไปถึงหรือเกินความเร็วแสงโดยต้องใช้พลังงานจํานวนไม่จํากัด

ดังนั้นหลักการของความไม่แปรปรวนของความเร็วแสงจึงไม่เพียง แต่เป็นข้อสรุปทางคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงคุณสมบัติทางกายภาพของเวลาและพื้นที่อีกด้วย หลักการของความไม่แปรปรวนของความเร็วแสงบอกเราว่าความเร็วแสงเป็นค่าคงที่สัมบูรณ์ในจักรวาลและความเร็วแสงที่วัดได้ในกรอบเฉื่อยใด ๆ จะเท่ากัน นี่ไม่เพียงแต่หมายความว่าความเร็วแสงเป็นขีดจํากัดสําหรับข้อมูลและการถ่ายโอนพลังงาน แต่ยังหมายความว่าจักรวาลของเรามีขีดจํากัดความเร็วพื้นฐานโดยธรรมชาติที่กําหนดวิธีการทํางานของจักรวาล

เมื่อสํารวจความเป็นไปได้ที่จะเกินความเร็วแสงเราต้องเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางกายภาพพื้นฐานนั่นคือความต้องการพลังงาน ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมวลของวัตถุจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นและเมื่อความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสงมวลจะเข้าใกล้อนันต์ ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานจํานวนไม่จํากัดเพื่อเร่งวัตถุที่มีมวลนิ่งสูงกว่าความเร็วแสง นี่เป็นอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้อย่างชัดเจน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงครึ่งหนึ่งมวลของวัตถุจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า และเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นอีกการเพิ่มขึ้นของมวลจะมีความสําคัญมากขึ้น การเพิ่มขึ้นของมวลนี้เกิดจากการแปลงพลังงานจลน์ของวัตถุเป็นมวล ซึ่งเป็นกระบวนการที่สามารถแสดงได้ด้วยสูตรที่มีชื่อเสียง E=mc กําลังสอง ในสูตรนี้ ย่อมาจากพลังงาน m ย่อมาจากคุณภาพ และ c ย่อมาจากความเร็วแสง จากสูตรนี้เราจะเห็นได้ว่าแม้แต่ความเร็วที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยก็ต้องใช้พลังงานจํานวนมาก

ดังนั้นปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเข้าถึงหรือเกินความเร็วแสงจึงมากจนเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุภายในกรอบความรู้ฟิสิกส์ในปัจจุบัน

ดังนั้นขีดจํากัดความเร็วของแสงจึงไม่เพียง แต่เป็นขีดจํากัดทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นขีดจํากัดทางกายภาพอีกด้วย จักรวาลของเราดูเหมือนจะได้รับการออกแบบในลักษณะที่ไม่มีสิ่งใดที่มีมวลเกินความเร็วแสง ข้อจํากัดนี้ปกป้องห่วงโซ่จักรวาลของเหตุและผลในขณะเดียวกันก็บอกเราว่าความพยายามใด ๆ ที่จะฝ่าความเร็วแสงจะพบกับอุปสรรคด้านพลังงานที่ผ่านไม่ได้

จากการอภิปรายในบทความนี้ เราจะเห็นว่าขีดจํากัดความเร็วของแสงเป็นกฎสําคัญในจักรวาล ปกป้องห่วงโซ่สาเหตุของจักรวาลจากการทําลายล้าง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการไหลของเวลาทางเดียวและความมั่นคงของอวกาศ หลักการของความไม่แปรปรวนของความเร็วแสงเป็นหนึ่งในแกนหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษซึ่งบอกเราว่าในกรอบเฉื่อยใด ๆ ความเร็วของแสงเป็นค่าคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงตามสภาวะการเคลื่อนไหวของผู้สังเกต หลักการนี้ไม่เพียงแต่อธิบายว่าเหตุใดความเร็วแสงจึงเป็นขีดจํากัดของความเร็วของจักรวาล แต่ยังเผยให้เห็นคุณสมบัติที่สําคัญของเวลาและอวกาศอีกด้วย ภายใต้ข้อจํากัดของความเร็วแสง ระเบียบของจักรวาลสามารถรักษาไว้ได้ และโลกแห่งความเป็นจริงของเราสามารถดํารงอยู่และทํางานได้