为什么没有货色能够超过光速？超光速游览仍然遥弗成及

咱们活动的速率不可能和光速一般快。

新视线号于2015年飞抵冥王星。

　　新浪科技讯 北京时间5月11日消息，2011年9月，物理学家安东尼奥?伊雷迪塔托(Antonio Ereditato)震惊了世界。他宣布的消息将彻底改变咱们对宇宙的理解方法。假如参与OPERA项目的160名科学家收集的数据正确的话，说明咱们已经成功观测到了不可能产生的事件。

　　这件事就是：粒子(这里指的是中子)的活动速率超过了光速。

　　根据爱因斯坦的绝对论，这应当是不可能产生的。假如这件事成真，它的影响也十分巨大，许多物理学知识都必需予以重新考虑。

　　固然伊雷迪塔托和他的团队称，他们对自己的研究成果抱有“高度自信”，但他们从未说过自己的成果是纯粹精确的。事实上，他们还邀请了其他科学家来帮助他们弄清究竟产生了什么事件。

　　最后他们发现，OPERA项目的成果是错误的。由于一处电缆接触不良，从GPS卫星传来的信号呈现了延迟。成果中子的活动时间缩短了73秒，看上去就好像比光速还快一般。

　　固然科学家们在试验之前进行了好几个月的细致检查，在试验之后也进行了反复核查，但这一次，科学家们还是犯了错误。固然很多人指出，在粒子减速器这么复杂的机器中，这样的错误总会产生，但伊雷迪塔托还是引咎辞职了。

　　为什么人们都将“某种货色比光速还快”这件事看得这么严重呢？咱们真就那么确定没有货色能超过光速吗？

　　让咱们先来看看第二个问题。真空中的光速是每秒299792.458公里，约等于每秒30万公里，速率非常之快。太阳距地球约1.5亿公里，光只须要8分20秒就能跑过这段间隔。

　　咱们造出来的货色能与光速相提并论吗？新视线号空间探测器是人类造出的速率最快的货色之一，绝对地球的运转速率只有每秒钟16公里，比每秒钟30万公里差了一大截。

　　但粒子的速率能够比这快得多。上世纪60年代初，麻省理工学院的威廉?贝托齐(William Bertozzi)开展了一项试验，一直给电子减速，使电子的速率越来越快。由于电子带负电荷，只要使一块材料带上同样的负电荷，就能把电子向前推出去。施加的能量越高，电子的速率也就越快。

光纤能够传输信息。

时间能够放慢或减速。

　　你可能会以为，要想达到每秒钟30万公里的速率，只要增加所施加的能量就能够了。但咱们发现，电子是不可能达到那么高的运转速率的。贝托齐的试验显示，增加能量之后，电子的运转速率并不会简单地成比例增加。到了后来，就算施加了大量能量，电子的速率也只能加快一点点。这一速率会一直接近光速，但永久无奈真正追上光速。

　　想象一下，你正在朝一扇门走过去，每次走的长度都是你现在和门之间间隔的一半。严格来说，你永久也走不到门跟前，由于每走一步之后，你和门之间仍然存在一定间隔。贝托齐的电子减速试验遇到的也是类似的问题。

　　但光也是由一种叫做光子的粒子构成的。为什么这些粒子就能达到光速，电子之类的粒子就不行呢？

　　“物体的活动速率越快，它就会变得越重；而物体变得越重，要想减速也就越难，因而你永久不可能达到光速。”墨尔本大学的一名物理学家罗杰?拉索尔(Roger Rassool)说道，“光子实际上是没有质量的。假如它有质量，也就不可能以光速运转了。”

　　光子是一种非常特殊的粒子。不仅由于它们没有质量，让它们在宇宙这样的真空中能够无拘无束地自由穿梭，还由于它们根本不须要减速。光的能量借助波的形式流传，这意味着从光子诞生的那一刻起，它就已经达到了最高速率。

　　不外，光有时似乎流传得比咱们认为的要慢一些。固然互联网技术人员喜欢说信息“以光速”在光纤中流传，但光在光纤的玻璃中流传的速率其实比在真空中慢40%。

　　事实上，这些光子的运转速率仍然是每秒钟30万公里，但在光波穿过玻璃时，会从玻璃原子中开释出别的的光子，对之前的光子造成一定干扰。这一点可能很难理解，但值得咱们去注意一下。。

　　与之类似，科学家在试验中通过改变光子的形状，成功减慢了单个光子的速率。

　　不外，在绝大多数情况下，咱们还是能够说光速就是每秒30万公里。咱们还未观察到过、或者造出过能与光速媲美、甚至超过光速的货色。下文中提到了一些特殊的案例，但在此之前，让咱们先来解决另一个问题：为什么光速这么主要呢？

　　答案与一位叫做阿尔伯特?爱因斯坦的男人有关。他的狭义绝对论对这一速率上限引发的许多后果进行了探讨。

　　该理论最主要的观点之一是，光速是一个常量。无论你身在何处，无论你速率多快，光流传的速率始终保持不变。

　　但这也带来了一些概念上的问题。

光从太阳来到到地球上。

　　想象一下这样的场景：手电筒的光柱投射到一艘静止的宇宙飞船的天花板上。光芒先是朝上，被镜子反射回来，然后投射到地板上。假设光芒经由的间隔为10米。

　　然后再想象一下，宇宙飞船开始以超高速运转，速率为每秒数千、甚至数万公里。你打开手电筒之后，光芒的活动方法看上去和之前一般：先是往上走，然后被镜子反射回来，投射到地板上。但由于镜子此时正和宇宙飞船一起高速运转，要实现这样的效果，光芒的活动轨迹必需倾斜于地面，而不是垂直于地面。

　　因而光芒经由的间隔比之前增加了。假设这段间隔增加了5米，光芒经由的总间隔就变成了15米，而不是之前的10米。

　　不外，固然这段间隔增加了，根据爱因斯坦的理论，光速仍然是不变的。速率等于间隔除以时间，既然速率不变，间隔增加，时间应当也增加了才对。

　　不错，时间本身也被拉长了。这听上去很异想天开，但试验已经证实了这一点。

　　这种现象名叫时间收缩效应。这意味着对在高速运转的汽车中的人来说，时间过得比静止时要慢一些。

　　例如，国际空间站绝对地球的活动速率是每秒7.66公里，对宇航员来说，时间比地球上慢了0.007秒。

　　而套用到粒子身上，事件就更有趣了。好比上文提到的电子，它们能够以接近光速的速率运转。对这些粒子来说，时间收缩效应就更明显了。

别的星系正在离咱们而去。

　　牛津大学的一名试验物理学家史蒂文?科尔斯海默(Steven Kolthammer)用渺子举例说明了这一点。渺子十分不稳定，很快就会分裂成别的更简单的粒子。按照它们的衰变速率，大部分渺子在离开太阳之后，等到抵达地球时，就应当已经衰变了才对。但事实上，仍有大批渺子能成功抵达地球。长时间以来，科学家一直对这一点感到大惑不解。

　　“原因是渺子在诞生时的能量极其巨大，因而渺子能够以接近光速的速率运转，”科尔斯海默说道，“所以对它们而言，时间其实放慢了不少。”

　　渺子之所以能“存活”得比咱们以为的更久，靠的就是实际存在的、天然的时间弯曲效应。

　　当物体绝对别的物体的活动速率更快时，它们的长度也会收缩。时间收缩效应和尺缩效应都是时空根据物体的活动状况产生改变的例子。好比你，好比我，好比宇宙飞船，物体只要有质量，就会呈现这些现象。

　　但爱因斯坦指出，最关键的是，光不会受到这些效应的影响，由于光没有质量。正是由于这一点，这些定律之间的统一才那么主要。假如有什么货色的活动速率超过了光速，它们就会与宇宙运作的基本法则相违背。

　　但也有一些例外的现象。

　　首先，固然咱们还没观察到有什么货色能超过光速，但这并不意味着，在非常特殊的情况下，理论上是无奈打破光速的限制的。

　　宇宙收缩就是一个例子。宇宙中有一些星系，它们从彼此身边逃离的速率就超过了光速。

　　另一个有趣的例子则与粒子有关。这些粒子无论相隔多远，似乎都能同时表达出雷同的特性。这一现象叫做“量子纠缠”。从本质上来说，光子能够在两种状况间随机转换，但假如两个光子之间存在量子纠缠的话，其中一个光子的状况将恰好与另一处的光子纯粹雷同。

　　因而，假如两名科学家各负责观察一个光子，他们就能同时得到雷同的成果，而这一速率是超过了光速的。

假如虫洞存在的话，咱们能够对其加以应用。

　　不外，在上述两个例子中，咱们必需注意到，信息在两个实体之间流传的速率是无奈超过光速的。咱们能够计算宇宙的收缩速率，但咱们无奈在其中观察到任何超过光速运转的物体，就好像它们从咱们的视线中消失了一般。

　　至于那两名研究光子的科学家，固然他们能同时得到雷同的成果，但他们向对方确认这一事实的速率也不可能超过光速。

　　“这让咱们避免了各种棘手的问题，由于假如你发射信号的速率超过光速的话，就可能引发一些诡异的悖论，让信息在时间上呈现了倒退。”科尔斯海默说道。

　　不外，从技术层面来讲，还有另一种方法能实现超光速活动：应用时空中本身存在的缝隙，从而避免受到普通活动法则的牵制。

　　德州贝勒大学的杰拉德?克利佛(Gerald Cleaver)对制造超光速宇宙飞船的可行性进行了研究。一种方法是穿越虫洞。时空中存在一些环状回路，这与爱因斯坦的理论是纯粹一致的。宇航员能够应用这些捷径，从宇宙中的某一处地方直接跳到另一处去。

　　物体在虫洞中运转的速率不会超过光速，但从理论上来说，它到达目的地的时间的确比光走正常路线所需的时间要短。

　　但咱们也许无奈应用虫洞进行空间旅行。那么，咱们能否以某种可控的方法主动使时空产生弯曲，从而使绝对的活动速率超过光速呢？

　　克利佛对一种名为“曲速引擎”(Alcubierre drive，又名阿库别瑞引擎)的概念进行了研究，这一概念是理论物理学家米格尔?阿库别瑞于1994年提出的。从根本上来说，它描述的是这样一种情境：宇宙飞船前方的时空会收缩，将宇宙飞船向前拉去，而与此同时，飞船后方的时空则会收缩，产生推动效应。

　　“但问题是，咱们怎么才能实现这一点呢？实现它又须要多大的能量呢？”克利佛说道。

可见光只是电磁光谱的一部分。

　　2008年，克利佛和他手下的研究生理查德?奥伯塞(Richard Obousy)对所需的能量进行了计算。

　　“咱们发现，假设飞船大小为10米*10米*10米、即总体积为1000立方米的话，光是启动这一进程所需的能量数量级就与木星的质量相当。”

　　而在启动之后，咱们还须要一直供应能量，保证这一进程不会中断。没人晓得咱们要怎么才能做到这一点，也没人晓得这须要什么样的技术。

　　“我可不想预言说这永久不可能成真，成果被后人诟病数百年，”克利佛说道，“但就目前而言，我真不晓得怎么才能做到这一点。”

　　因而就现在来说，超光速旅行依然如神话般遥不可及。

　　不外先别失望。在本文中，咱们考虑的主要是可见光。但事实上，真正的光比这要宽泛得多。从无线电波到微波，再到可见光、紫外线、X射线和原子衰变时开释的伽马射线，这些神奇的射线都是由同一种物质组成的——光子。

　　它们之间的区别在于能量和波长的不同。这些射线加起来，就构成了完整的电磁光谱。无线电波能以光速流传，这对通讯的用处非常巨大。

　　科尔斯海默在他的研究中搭建了一个电路系统，用光子从电路的一部分向另一部分发射信号。因而他在光速的用途上很有发言权。

　　“现在的互联网和以前的无线电都是这样的例子，光速为咱们提供了巨大的便利。”他指出。

　　科尔斯海默还补充说，光在宇宙中还起到了沟通的作用。当一部手机中的电子振动时，便会开释出光子，让另一部手机中的电子也开始振动。你打电话的时候，就会经历这样的进程。

　　太阳中的电子振动时也会开释出光子，正是它们产生的光芒孕育了地球万物。

　　光就像宇宙中的广播节目。光速为每秒钟299792.458公里，这一速率始终保持不变。并且，时空还具有延展性，无论人们身在何方，无论他们正处于怎么的活动状况，每个人都遵循着雷同的物理法则。

　　不外，谁会愿意活动得比光速还快呢？那场景一定太美，让人不容错过。(叶子)

转载自:https://tech.sina.com.cn/d/i/2016-05-11/doc-ifxryhhh1898022.shtml

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