所有質(zhì)量不為零的粒子，都受到相對論的限制，只能保持在光速以下。然而，還有一個更嚴(yán)格的速度限制和能量限制，這個極限被稱為GZK截止，它確保了粒子的宇宙速度極限比光速本身還要低。

如果想以最快的速度在宇宙中穿行，最好的辦法就是將盡可能多的能量注入盡可能小的質(zhì)量中。隨著你不斷地給你的粒子增加能量，它將更快地在空間中穿行，接近宇宙速度的終極極限：光速。無論你給這個粒子添加多少能量，你都只能讓它接近光速，它永遠也達不到光速。

但在我們現(xiàn)實生活中的宇宙，我們還必須接受它們是在真實存在的空間中穿行，而不是我們想象中的完整、完美的真空。粒子的實際速度限制不是光速，而是低于光速，即我們所說的GZK截止速度。

有兩個事實結(jié)合在一起時，告訴我們現(xiàn)實并不簡單：快速穿過宇宙的粒子主要是質(zhì)子、電子、較重的原子核，偶爾也有正電子或反質(zhì)子，所有這些粒子都是帶電的。來自恒星、星系甚至大爆炸產(chǎn)生的光都是電磁波，可以很容易地與帶電粒子相互作用。

阻礙帶電粒子在宇宙中自由穿行的最大障礙實際是所有這些粒子中能量最低的部分：宇宙微波背景輻射（CMB）。在我們可觀測的宇宙中，大約有10個CMB光子，它們是我們宇宙中最豐富和分布最均勻的量子類型。

在粒子低能量的情況下，會發(fā)生湯姆遜或康普頓散射：帶電粒子和光子交換能量和動量，這是一種非常低效的從快速移動的粒子中竊取能量的方法。

但是一旦粒子達到一定的能量（比如常見的宇宙射線），這些光子對宇宙粒子來說顯得足夠有能量，以至于它們有時表現(xiàn)得好像它們實際上是由電子-正電子對組成的。一旦宇宙射線開始與電子和正電子發(fā)生碰撞，它們就會以更快的速度釋放能量。在宇宙射線與電子或正電子的每次碰撞中，原始宇宙射線損失了大約0.1%的原始能量。然而，即使宇宙粒子運行了數(shù)百萬或數(shù)十億光年，這也不足以對粒子所擁有的總能量設(shè)置一個硬性上限。

然而，應(yīng)該有一個上限。事實上，當(dāng)粒子的能量超過了臨界能量閾值時，它與CMB光子發(fā)生相互作用就會產(chǎn)生π介子，它將消耗每一個宇宙射線質(zhì)子約20%的能量。對于質(zhì)子，該限制能量為5×10電子伏特，這個能量值的截止點被稱為GZK截止點，由三位科學(xué)家首次計算并預(yù)測的。

但在實際觀測中，科學(xué)家可以觀測到的宇宙射線的最大能量是預(yù)測值的10倍。這并不是理論錯了，而是因為宇宙射線不只是高能質(zhì)子，還有一些較重的原子核。

宇宙射線沒有能量的極限，只有速度的極限：大約是光速的99.9999999999999998%。你的粒子是由一個質(zhì)子組成，還是由許多質(zhì)子和中子結(jié)合在一起組成，這并不重要。重要的是，在臨界速度以上，與大爆炸遺留下來的光子的碰撞將產(chǎn)生中性介子，這會導(dǎo)致能量迅速流失。在幾次碰撞之后，你將被迫下降到臨界速度以下，這與觀測和理論都一致。