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深度长文:超光速真的不存在吗?四种超光速现象颠覆想象!

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光速限制,是爱因斯坦相对论体系下一个基本结论,任何信息或者具有静质量的物体的速度都不可能超过光速。如今我们知道,光速限制不仅仅限制了光的速度,还限制着引力波和因果律等速度。

说白了,光速其实并不是指“光的速度”,只是光的速度等于光速罢了。这并不是玩文字游戏,也不是绕口令,因为光速其实是四维时空的固有属性。只不过我们常常默认光速就是指光的速度,当然对于普通吃瓜群众来讲,如此通俗理解也未尝不可。

相对论告诉我们,光速是有限的,其实物理学家们是很不服气的,他们也试图通过各种方式寻找可能存在的超光速现象。

要寻找超光速现象,就离不开实验,因为物理学本质上就是一门实验科学,几乎所有的证据都需要实验来支撑。不管一个理论看起来多简洁优美,只要不能通过实验来验证,就一定站不住脚,如同空中楼阁一样。

事实上,科学界曾报道过某些超光速现象,只是后来这个现象被证实是一个乌龙罢了。但即便如此,物理学家们仍旧没有放弃。

在2011年某物理学研究小组报道了中微子可能存在超光速现象,当时引起了极大轰动,因为物理学大佬都知道如果真的存在超光速现象,将意味着什么,毫不夸张地说,人类已知的物理法则几乎都要推导重来。

好不容易建立起来的物理学大厦,物理学家们当然不希望推倒重建,所以当时很多物理学家都怀疑实验的真实性和准确性。而通过对实验可靠性的严格检查,研究小组也发现了“超光速”现象是由于光纤接触不良导致的,将故障修复之后,超光速现象就消失了。

至今为止,物理学家都没有发现任何超光速现象存在的证据,无数次实验都验证了爱因斯坦相对论的正确性,这也是相对论经历一百年多年仍旧屹立不倒的原因所在。

这里,有必要再次强调一下,上面所讲的“超光速现象不存在”,有一个很重要前提就是:传递信息。也就是说,任何现象只要传递信息,就不可能超越光速。言外之意,只要不传递信息,大自然才懒得管你呢,才不在乎你是不是超过光速。

实际上,现实中确实有很多超光速现象,而这些现象都没有传递任何信息。都有哪些现象呢?

第一,光斑的移动速度

假设地球上有一强大的激光器,朝着月球发射一束能量巨大的光,能直接照射到月球上,形成一个巨大的光斑。

这时候,移动地球上激光器的发射角度,那么月球上的光斑移动的速度就很可能会超过光速,这只是简单的数学计算,光斑的移动速度等于地球月球之间的距离乘以移动的角速度。

只是这里的超光速过程并没有传递任何信息,虽然光斑的移动速度很可能超过光速,但并不是光斑本身在移动,如果你在月球上,你每次看到的光斑其实都不是之前的光斑。地球上的激光发出的光束需要大约1.3秒的时间才能到达月球。

其实很多人经常说的“影子的移动速度超光速”也很类似。这里假设一种理想的完美情况,更方便大家理解。

假设宇宙中只有一根燃烧的蜡烛和你,你在蜡烛的一侧用手挡住蜡烛,你的手与蜡烛有一定的距离。这时候你不断缩小手与蜡烛之间的距离,你会发现影子的范围不断扩大,当你的手无限靠近蜡烛时,整个宇宙的一半都是影子。也就是说,影子可以在极短的时间里覆盖半个宇宙,显然是超光速的,但这种超光速现象并没有传递任何信息,只是一种简单的光学现象。

第二,切伦科夫辐射

俄国物理学家切伦科夫曾发现了一种物理学现象,某些放射性原子释放出来的粒子在水中会发出蓝光,一开始物理学家并不知道为什么会发出蓝光。后来深入研究后发现,当粒子在水中移动的速度超过光子在水中的速度时,就会发出蓝光,这种现象就被称为“切伦科夫辐射

我们都知道光在真空中速度为每秒30万公里,在其他介质中的速度都小于这个速度,比如在水中的速度约为真空中光速度的四分之三,明显小于真空中的光速。因此粒子在水中的速度是可以大于光在水中的速度。

当然,这种超光速并非真正意义上的“超光速”,因为这种速度超越的并不是真空中的光速,只是通过“作弊”的手段超过了介质中的光速。

第三,量子纠缠

在之前的科普中,讲述过太多有关量子纠缠的东西了。,正如爱因斯坦所讲,量子纠缠确实是“鬼魅般的超距作用”,两个相互纠缠的粒子,不管相距多远,都能瞬间感应到彼此。当我们观测其中一个粒子,该粒子的状态会发生坍缩,同时另外一个粒子也会瞬间感应到然后也会发生坍缩。

但是,量子纠缠中看似某种“瞬间传递”,其实是没有传递任何信息的,当然也不可能用于远程通讯。我们经常听过的“量子通讯”,比如我们早就发射的墨子量子卫星,并不是用来传递信息的,主要还是用于“量子密钥分发”,给信息加密,保证信息的绝对安全。

第四,宇宙膨胀

现代主流科学理论表明,我们的宇宙起源于138亿年前的大爆炸。自从宇宙诞生之后,就一直在膨胀,膨胀速度远超光速。在138亿年的历史里,可观测宇宙的直径达到了930亿光年,很显然,宇宙膨胀的速度确实超过了光速,不然可观测宇宙直径不可能达到930光年。

但是,宇宙膨胀的本质是时空的膨胀,科学家们怀疑暗能量是背后的“元凶”,而暗能量很可能就是不断衍生出来的虚无空间。时空的膨胀过程,并不会传递任何信息,这在爱因斯坦的广义相对论中也有所表述,广义相对论表明,时空是有弹性的,我们可以利用时空的弹性实现间接“超光速”,比如传说中的“曲速引擎”和“虫洞”科技。

总结

就目前的物理学研究而言,之所以有光速限制,就是因为我们生活在四维时空,是四维时空限制了光速。也就是说,如果我们能够逃离四维时空,理论上可以随意超越光速,甚至在更高的维度,最低速度就被限定在光速,万物只能以超光速飞行。

完!

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