光速真的不能被超越？
這是一個世紀前的話題！
不能超光速是相對論的一個推論。在2011年的歐洲核子對撞物理實驗中，在做關(guān)于中微子振蕩的實驗時，物理學家得到了一個震驚的發(fā)現(xiàn)：在粒子加速器里，中微子在與光子運動的等同距離內(nèi)比光子快了60納秒，約合在等同時間內(nèi)比光子多走了7公里。這一事件后被發(fā)布在雜志上，引起世界物理學轟動。然而，就在物理界對此議論紛紛的時候，該實驗負責人不久后卻又聲稱“實驗中光纜出現(xiàn)了問題導致這一事件”，從而直接否定了這次超光速的可能性。
粒子對撞實驗
雖然此事至今已有一年，但是，這個問題依然是爭論不休：光速究竟能不能被超過？要解決這個問題，我們首先要來看一看光速為何在物理學中被定義為物質(zhì)運動速度的極限。關(guān)于這個理論，首次提出的自然是大名鼎鼎的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦。1905年，他提出了狹義相對論的時候明確對光速進行了探究。在狹義相對論的兩條基本基礎(chǔ)原理中，光速c有著崇高的地位，其中一條便是光速不變原理，即光速在同一慣性系中保持不變。其次，是被譽為歷史上最著名的方程：
m是運動質(zhì)量，mo是靜止質(zhì)量，v是物體運動速度，C是光速。即物體的總能量與質(zhì)量成比例，比值為光速的平方。倘若考慮這個方程，任何一個物體在加速運動中其質(zhì)量便會增大，在速度趨至于光速時，質(zhì)量會增加到無窮大，這是不可能的，因此，在經(jīng)典物理學中，物質(zhì)無法超光速。
在狹義相對論中還有另一個無法超越光速的論證，即是我們所知的洛倫茲變換。這是一組方程，其推論最簡單的我們可以舉例質(zhì)速關(guān)系：物體在靜止時和運動時的質(zhì)量是不相同的，我們將其不同的質(zhì)量分別稱為靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量，兩者之間相差一個洛倫茲因子。在換算的過程中，如果物體的運動速度大于了光速，分母就會成為虛數(shù)。
量子糾纏
這兩個推論無疑是光速不可超的重要依據(jù)。并且，在托卡馬克裝置中也從未發(fā)現(xiàn)超光速的粒子。自然而然，超光速在物理上是禁區(qū)，雖然有人曾經(jīng)提出過相關(guān)猜測，例如照射到月球上的影子在晃動時超了光速，量子糾纏態(tài)等等，然而遺憾的是，很多看似可行的超光速現(xiàn)象是無法傳遞信息的，在物理學上這些猜測后來都被一一否決了。
但是在天文觀測上，有些實驗卻大大出乎我們的意料。1987年，科學家在天文觀測中無意中發(fā)現(xiàn)，SN1987A超新星爆發(fā)時，同時射出大量光子和中微子。在觀測中，科學家檢測到發(fā)射過來的中微子比光子早到了3個多小時，這件事在當時并沒有引起多大關(guān)注，然而后來被人提及后逐漸地被陸續(xù)引證。
還有一個例子是大約自1972年開始，天文學家陸續(xù)觀測到某些類星體如3c120、3c273、3c345等類星體，其自身膨脹速度竟然超過了光速！以3c120為例，它在2年的時間里角直徑大了0.001，可以推算出這個類星體的膨脹速度是光速的4倍！后來，研究人員陸陸續(xù)續(xù)又發(fā)現(xiàn)了許多類型現(xiàn)象的類星體，光是3c273的膨脹速度就是一年9.04光年，這是光速的9倍！
那么超過光速，真的可能嗎？
在理論物理中，有一種被稱作光錐的東西。正如一顆石頭投入水中逐漸散開波紋，我們可以考慮一束自然光，其光波在散開時其波陣面的變化排列在一起時，我們在圖中可以畫出一個錐子樣的圖案，它代表某段時間中的事件集合。在光錐中的點(事件)可以相互聯(lián)系，它們是低于光速的。然而，倘若要和光錐外的事件產(chǎn)生聯(lián)系，在相對論中這是不可能的，因為這意味著物質(zhì)比光的散開還要快，即超光速。
巨大光錐中的我們示意圖
那么，宇宙中可能存在超光速粒子嗎？有科學家猜測引力子是一種超光速粒子，然而實際上引力的傳遞速度是光速。
實際在物理學上，曾經(jīng)有人猜測存在一種超光速粒子，它所具有虛數(shù)的質(zhì)量。在洛倫茲變換中，假設(shè)給予一個粒子超光速的情況，其質(zhì)量將會出現(xiàn)虛數(shù)，逆著思路想過來，科學家猜測倘若就存在一種粒子它本身就具有虛數(shù)質(zhì)量，那么這種粒子將會本身以超光速行駛。在標準模型中，這種粒子被稱作快子，它被假設(shè)成為一種亞原子粒子，即比原子略微小一些的粒子，其能量在消耗的時候快子的速度反而會無限增加。有科學家懷疑，物理學中的中微子或許就是這樣一種快子，因為它所有的很多效應(yīng)和快子很相似，并且有多次與超光速的試驗與其有關(guān)。
快子倘若存在，理論上它也會符合物理規(guī)律，但是至今實驗中沒有發(fā)現(xiàn)過這種粒子。并且，質(zhì)量為虛數(shù)的粒子要給予一個物理解釋，也并非易事。那么，究竟有什么方法才能使粒子達到超光速的現(xiàn)象？我們可以考慮一個名叫做十維空間的理論，它出自超弦理論，描述的是一個由能量弦構(gòu)成的宇宙。在弦理論中，任何粒子都是由一種能量弦(簡稱弦)構(gòu)成，類似小提琴上的弦，它也會產(chǎn)生波動或振蕩，其波動時就產(chǎn)生了各種各樣的粒子。弦有一維長度，具有開閉兩種狀態(tài)。而倘若考慮這個理論，宇宙將不再是四維的，而是復雜的十維空間。
給定一個假設(shè)，在一個球上面，存在一個二維人。倘若球上有兩個點，二維人要走到這兩個點，需要走過一段弧度才能到達;然而如果考慮三維進去，就只要一條三維空間的直線方可到達，在其中縮短了許多路程。同理，假使存在一個額外維度，例如上面我們所說的十維空間，那么就應(yīng)該會出現(xiàn)這種“距離縮短”的現(xiàn)象，從而，粒子在運動過程中穿越額外維度時可能會產(chǎn)生“超光速”現(xiàn)象。然而，如果我們?nèi)艘竭_這種程度，現(xiàn)在在理論上不可能實現(xiàn)，因為額外維度在弦論中是被卷曲在幾億萬分之一立方英尺的小空間中，我們只能考慮一些微小的粒子進出其中。所以至今為止，關(guān)于超光速，我們還沒有能力在實驗和理論中辦到，但是，這并不意味著人類對超光速的探索會停止。
光速是不能被超越的：
光速是不可能被超越的 這是大多數(shù)世界人民包括權(quán)威科學家都深信不移的真理
實際上 相對論和量子力學也是存在局限性的 就像當初人們認為牛頓的經(jīng)典物理理論已經(jīng)相當完善 只有 一些小漏洞需要小修小補 但是 正是這些小漏洞 導致了物理界暴風驟雨市的劇變 近代的相對論和量子力學在這些小漏洞的基礎(chǔ)上建立了起來 如今 一些革命性的因素已經(jīng)出現(xiàn) 雖然它們基本上還是在相對論和量子力學這兩大理論體系的基礎(chǔ)上發(fā)展著 但是日積月累 必將在將來的某個時候?qū)е滦碌奈锢韺W革命
這其中的一項就是快子的提出
七十年代前后，射電天文學家卻發(fā)現(xiàn)，宇宙中有4個致密的河外類星體射電源。河外射電星體有時會拋出一、兩對射電星云——射電子源，這似乎是一次猛烈爆炸引起的，它們彼此高速分離，其中大約有半數(shù)出現(xiàn)超光速運動，甚至達到光速的5倍至10倍。
這些難以解釋的現(xiàn)象有些使科學家們膽怯，生怕被不精確的測量所愚弄?？擅绹臀鞯碌囊恍┛茖W家經(jīng)過十多年的認真觀測，積累了足夠多的數(shù)據(jù)，令人信服地證實他們的觀測是真實的。這就是說，超光速粒子在茫茫宇宙中是客觀存在的
美國哥倫比亞大學范伯格提出一種假設(shè)，即認為，在宇宙空間中存在另一個由速度超過光速的粒子（稱之為“快子”）組成的宇宙，在由這種由“快子”組成的宇宙空間中，一個能量為零的粒子是以無窮大速度運動的，而且若它們獲得的能量越多，反而運動速度越慢，直到獲得無窮大能量后，速度才減慢到光速。這正好與我們這個宇宙中的情況相反：在我們這個宇宙中，一個靜止物質(zhì)能量最小，當它獲得能量后，就開始運動，而且獲得能量越多，運動速度就越快，直到獲得無窮大的能量后，物體速度也達到極限，即光速。
最近Optics Communications上發(fā)表了一篇論文（DOI: 10.1016/j.optcom.2010.12.027），給出了一個快子存在的實例：證明了某類電磁波在真空中的能流速度可以超過c. 這個例子里并不存在什么虛質(zhì)量、負能量、時間倒流、因果性破壞之類聳人聽聞的東西。超光速是個普通的自然現(xiàn)象，不值得大驚小怪。
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