在探索宇宙的旅途中，当提及速度的上限，我们脑海中首先浮现的便是真空中的光速，其数值为 299,792,458 米 / 秒。
物理学明确指出，任何具有质量的物体，或者承载信息的物质，都无法触及这一速度，而只能无限趋近。爱因斯坦在 20 世纪初率先洞察到这一特性，并提出了光速不变原理 —— 无论观察者处于何种运动状态，所观测到的光速始终恒定。
这一理论看似违背直觉，却得到了 1887 年迈克尔逊 - 莫雷实验的有力验证。至此，光速不变、不可超越逐渐成为物理学领域的基本公理。
然而，真实的宇宙远比理论更为复杂。实际上，存在一个比光速略低的速度极限，这一限制使得人类无限接近光速的目标变得愈发遥远。
换言之，在迈向光速的征程中，我们首先需要跨越这一障碍，而它也成为了人类探索宇宙速度极限道路上的巨大绊脚石。
在众多粒子中，光子、胶子和引力子能够以光速运行，其原因在于这些粒子均不具备质量。相反，夸克、电子（轻子）、中微子等粒子因具有质量，由它们构成的质子、原子乃至人类，在真空中的运动速度必然低于光速。
与此同时，无质量的粒子和波则必须在真空中以光速传播。那么，这个比光速更低的速度极限究竟源自何处？这就需要从看似 “空无一物” 的真空说起。
长久以来，人们普遍认为宇宙真空是绝对的 “真空”，但事实并非如此简单。即便在宇宙的深处，真空实际上也包含着多种成分：
低温辐射（CMB）：即微波背景辐射，它源于宇宙大爆炸后的高温辐射。经过 138 亿年的漫长冷却，这些光子如今已进入微波波段，温度降至 2.7K。尽管单个光子的能量较低，但它们在宇宙空间中无处不在，每平方厘米的空间内大约存在 400 个光子。
中微子辐射（CNB）：同样诞生于宇宙大爆炸时期，中微子的速度与光子极为接近。由于中微子质量极小且呈中性，不参与电磁相互作用，尽管每秒有数十亿个中微子穿透我们的身体，我们却几乎无法察觉它们的存在。
星际介质：在宇宙漫长的演化过程中，大量物质通过引力作用凝聚形成恒星、星系等结构。然而，仍有大量物质残余散布于星际空间，包括尘埃、中性原子以及被星光电离后的等离子体。
当人类试图创造更高能量的粒子，或者建造无限接近光速的宇宙飞船时，这些在空间中无处不在的物质便成为了不可逾越的障碍。
其中，微波辐射中的光子对高速运动物体的影响最为显著。这是因为光子数量众多、分布均匀，且高速运动的带电粒子或宇宙飞船，不可避免地会与这些光子发生相互作用。
大型强子对撞机代表了人类在粒子加速领域的最高成就，但在宇宙中，还存在着更为强大的天然加速器 —— 中子星和黑洞。
这两种天体不仅拥有极其强大的引力场，其磁场强度更是人类实验室所无法企及的。从中子星和黑洞中喷射出的宇宙射线，包含了人类已知能量最高、速度最快的粒子。
在大型强子对撞机中，质子的速度可达到 299,792,455 米 / 秒，相当于光速的 99.999999%。而高能宇宙射线中的质子能量，更是对撞机中质子的 3600 万倍，速度达到 299,792,457.9999999999999992 米 / 秒，尽管已经极为接近光速，但依然未能突破这一极限。
值得注意的是，地球上接收到的宇宙射线中，质子的能量（速度）大多集中在这一数值附近，几乎没有超过这一速度的情况。
理论上，宇宙射线中的质子应当可以无限接近光速，其速度数值也应呈现连续分布。然而，实际观测结果却与此相悖，质子的速度似乎在某一特定数值上出现了 “截止”。
正如前文所述，宇宙真空并非真正的真空，宇宙射线在传播过程中，会与微波辐射中的光子发生相互作用。尽管光子的能量较低，但宇宙射线中的质子能量极高，两者碰撞时会依据质能公式 E = MC² 产生新的粒子，这一过程会消耗质子的能量，进而降低其速度。
宇宙射线中质子的这一极限速度，对应着一个极限能量值 ——5 × 10¹⁹eV。当质子的能量超过这一数值时，在其飞行过程中，会持续与光子碰撞并产生 π 介子，直至质子的能量降至这一极限值以下。这一能量极限被称为 GZK 极限，得名于三位相关物理学家名字的首字母。
GZK 理论不仅解释了宇宙射线中粒子速度出现 “截止” 的现象，也确定了粒子所能携带能量的上限。
目前，科学界普遍认为，宇宙中的每一条宇宙射线、每一个质子、每一个原子核，乃至宏观世界的所有物体，都必须遵循 GZK 极限。
这意味着，存在一个比光速更低的速度极限，阻碍着我们无限接近光速。例如，即便未来人类在大型强子对撞机中创造出能量超过 5 × 10¹⁹eV 的质子，其速度一旦超过 299,792,457.9999999999999992 米 / 秒，也将迅速损失能量，降至这一速度极限以下。
同样，如果我们建造出速度极快的宇宙飞船，在飞行过程中，飞船也会与微波辐射中的光子相互作用，甚至可能因能量损耗而被烧毁。
综上所述，穿越宇宙的所有带电粒子，以及我们所能感知的一切物质，都面临着一个速度限制，这一限制并非光速，而是一个略低于光速的特定数值。
造成这一现象的主要原因，正是宇宙大爆炸所产生的微波辐射。不过，随着宇宙的持续膨胀，微波辐射中的光子将不断冷却，由此产生的速度极限也将逐步上升，缓慢趋近光速。但需要明确的是，微波辐射中的光子不会完全消失，它们将始终存在，持续阻碍人类迈向光速的探索之旅 。
