科学乌龙
2007年,瑞士欧洲核子研究组织CERN的科学家声称他们进行了超光速的实验,但后来发现实验结果是由于仪器故障造成的。2012年,NASA声称他们的一项实验可能会破坏爱因斯坦相对论的超光速限制,但是这个实验在随后的审查中被发现有重大误差。
没有哪位科学家不想动摇狭义相对论光速不变原理这颗现代物理学基石。一百年前爱因斯坦提出相对论,根据相对论真空中的光速是一个绝对不可超越的极限,这个观点是相对论的基本理论之一。根据相对论,当物体加速,质量会变大,所需的能量也会越来越大,当接近光速时所需要的能量会趋近于无限。所以理论上来说,没有任何物体能够超过光速。虽然光速恒定不变且无法超越,但我们在规避某些必要实验条件的情况下,也是可以找到一些“超”光速现象。
一、切伦科夫辐射
介质中的光速比真空中的光速慢。例如在水中,光速大约是真空光速的2/3。而在核反应堆中,放射性粒子的速度可以轻松超过介质中的光速,从而产生幽蓝色的切伦科夫辐射。相对论并没有禁止粒子速度超过光速,而是禁止物质或信息的传输速度超过光速。因此,切伦科夫辐射虽然速度超过了光速,但它们仍然符合相对论的规定。其辐射并不能传输信息和能量。
二、量子纠缠
爱因斯坦曾将量子纠缠现象形容为“幽灵般的超距作用”。量子纠缠是指粒子之间存在某些属性的耦合,例如,在某个方向上测量一个粒子的自旋状态为上旋态,那么与其纠缠的另一个粒子自旋状态必定是下旋态。即使两个粒子相距很远,测量一个粒子的状态也会瞬间影响到另一个粒子的状态,速度远远超过光速。但是需要注意,量子纠缠只是可以让粒子在某些方面表现出超光速的现象,它们本身无法用来超光速传递信息和能量,两个相互纠缠的量子比特,一个突然改变了状态,想要获得其中的信息,还需要用到以传统技术传输过来的信息,所以整体的信息传输速度不可能超过光速。
三、宇宙膨胀
宇宙膨胀是超光速但不是超越光速。它指宇宙空间本身在扩张,即宇宙空间中的所有点都在扩张,而不是物体在空间中的移动。所以宇宙的膨胀超光速并不意味着物体的移动速度超过了光速,因为在物体移动的同时,空间也在扩张。这种扩张速度被称为哈勃常数,是与空间中的距离成比例增加。虽然宇宙膨胀速度超光速,但其实并不违反相对论。
最后
爱因斯坦的光速不变原理已经被验证了一百年,他提出的相对论是当今物理学基石。关于狭义相对中的光速不变原理,打个比方,你站在原地不动,测量光速是299792.458公里/秒,如果你坐上火箭,此时测量光速还是299792.458公里/秒。假如这个世界上真的有超越光速的基础理论诞生,那将是一个巨大的突破,我们十分期待物理学有新的发展,那必将带来一个神奇的未来世界。