愛因斯坦是家喻戶曉的科學家,他給出了狹義和廣義相對論。相對論打開了人類的認識視野,讓人類見識到很多新奇的物理現象及規律,比如任何一個參考系中測量到的光速都是一樣的;比如鍾慢效應和尺縮效應;比如物體的運動速度不能達到光速。
其中的光速極限可能是被最多的人耳聞的,但是需要注意,相對論並不是不允許超光速,相對論中講的不能達到光速指的是有靜止質量的物體的速度不能達到光速,或者說能量、信息的傳遞速度不能達到光速。宇宙中有很多超光速的現象,但是迄今沒有發現有一例超光速違反了相對論。
波的速度其實有兩種,一種是相速度,另一種是群速度。常見的超光速往往是相速度超光速,它只是代表相位的速度,並不意味著物質或能量向前傳輸的速度超過了光速。可以舉一個簡單的例子類比一下,麥田裡的麥浪在風的吹動下不斷起伏,看起來就好像是麥子被推到了遠方,其實麥子還是根扎在地裡。
當正常色散的情況下,群速度就代表著信息的傳輸速度,此時群速度的極限就是光在真空中的速度c。然而有時候你能在正規的文獻中檢索到群速超光速的現象,比較有名的一次是華人學者王力軍在實驗室中讓群速度達到了光速的310倍。王力軍的實驗被媒體報導後曾引起轟動,然而王力軍本人給那些推翻相對論的人潑了一盆冷水,明確表示自己的實驗並沒有違法相對論。原因很簡單,反常色散的情況下群速度已經失去了物理意義,不再表示信號的傳遞速度,這種情況下的超光速也並不違背相對論。
還有一個大家比較熟悉的超光速現象就是量子糾纏。兩個處於糾纏態的粒子相距一段距離,對其中的一個粒子進行測量使其坍縮,在另一位置和它糾纏的粒子也會立即坍縮。從目前的理論上講,這個速度是無限大,不需要時間間隔,潘建偉的團隊曾測量過這個速度超過光速的1000倍。不過這個速度也不能傳遞信息或質量,相對論依然堅挺。
以上介紹的超光速可能會讓你覺得離你比較遙遠,其實你自己用簡單的工具就可以製造一種超光速。拿著雷射筆將雷射投射到月球上,雷射照在月球上會投射出一個光斑,然後你迅速轉動雷射筆,讓雷射在牆壁上投射出一個光斑。假設你轉動雷射筆花了0.1秒的時間,這時你就可以理解為光斑只用了0.1秒的時間就從38萬千米之外的月球移動到身旁的牆上,這個速度也是超光速的。同樣,這裡的超光速並不是物質的傳遞速度超過了光速,這種超光速同樣也不能傳遞信息。