我們知道,在我們生活的宇宙,真空中的光速是唯一的速度王者,真空中的光速是目前所發現的自然界中物體運動的最大速度。光速似乎已經到了宇宙目前的上限,光速不同於我們我們的經典力學,它不遵循我們小打小鬧的速度法則,光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。而且光速與運動物體的質量息息相關,物體的質量將隨著速度的增大而增長,當物體的速度無限接近光速時,它的質量將趨於無窮大,而在現實生活中,所以有質量的物體想要達到光速基本是不可能的。但是光速真的是不可超越的嗎?其實不然。
在前面我已經提到了,光速是目前宇宙唯一的速度之王,但是有個前提條件,那就是真空環境下,也就是說光速在太空中是無敵的,但是換個環境呢?科學家通過研究測量發現光速在不同介質中傳播的速度是不一樣的,因為不同的介質所擁有的密度和成分是不一樣的,根據折射率公式n=sini/sinr=c/v或v=c/n,光在不同的介質中,折射率不同光在介質中的傳播速度不同,介質的折射率越大,光在介質中的傳播速度越小。光在空氣中速度與真空相差無幾,但是光在水中的速度僅達到了真空光速的三分之二,因此光速在介質中並不是王者!所以你能想像到當粒子在一種介質中速度超過光速時是什麼概念嗎?真的長見識了!
契倫科夫輻射就是一種典型的現實版超越光速的例子。所謂契倫科夫輻射,其實就是在介質中運動的物體速度超過光在該介質中速度時發出的一種以短波長為主的電磁輻射,其特徵是發出藍色的輝光。當一種電子在核反應或者是粒子加速器中被加速到超過介電質中的光速時,或者說當超過介電質中光速的粒子是帶電時並通過這樣的介質時,契倫科夫輻射就會誕生。
其實契倫科夫輻射不難理解,就像超音速飛行器或子彈的音爆現象,由超音速物體產生的音波速度無法快到足以離開物體,因此波「堆積」了起來,形成了一個震波聚集地。具體來說,飛機運行速度接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振蕩,速度衰減。這一現象被俗稱為音障,而突破音障時,飛機所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方,所以就全部疊在機身後方,形成了圓錐形狀的音錐。當它們向外傳播時便互相干擾和影響,然後匯集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾隨機尾的後激波。這些能量傳到人們耳朵裡時,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,就是音爆。類似的情形還有,快船超過水波速度時也會在水面上產生很大的弓形震波。
因此同理,如同音爆的情形一般,契倫科夫輻射也是如此。契倫科夫輻射的總強度與入射帶電粒子的速度成比例關係,另外粒子數量越多總強度也越強,它的速度也將超越介質中的光速。