超光速飛行會怎麼樣

想要超光速飛行，首先得測量光速到底是多少，擁有曲速引擎就是超光速引擎？超過光速會怎麼樣？被撕裂嗎？

光是宇宙的速度極限，也是我們藉以認識宇宙的一個關鍵數據。不過，為了確定這個數值，科學家們真是狠下了一番功夫。

古希臘數學家歐幾裡得相信，我們之所以能看見事物，是因為眼睛發出了光線。大英雄亞歷山大宣稱，因為我們一睜眼就能看見遙遠的星星，說明星星發出的光不到眨眼工夫就已進入我們眼中，所以光速必定是無限大的。11世紀，巴斯拉數學家艾爾哈贊發表了自己的《光學專著》，其重要性堪比牛頓的《數學原理》。艾爾哈贊在這本書中稱，取決於光所穿越的介質的不同，光的速度也不同，並且光速是有限的。光在空氣中穿越的速度，大於它穿越水和玻璃的速度。

超光速

超光速是指根據愛因斯坦理論，超越光速是不可能的，但是如果真的超光速，那肯定會時光倒流或者其他的事情發生！

人類對光的認識不斷增長。13世紀，英國人羅傑·培根利用艾爾哈贊有關光的理論來支持這樣一個理論：光速很快，比音速還快，但並非無限大。當時還有一種觀點：光在空曠太空中的穿行速度可能是無限大的，但是在介質中光速會減緩。到了17世紀，像德國科學家克卜勒和法國哲學家德斯卡特斯之類的科學名人，堅持認為光速無限大。克卜勒指出，實際情況必定如此，因為空曠的太空不會阻攔光的穿越。德斯卡特斯的結論則是基於實際觀測：如果光的穿行速度是有限的，那麼在一次月食期間，太陽、地球和月球就不會排成一線，但實際情況相反，反過來就證明了光速是無限的。

憑藉我們今天對光速的認識，我們知道在上述兩項實驗中光的往返時間只有大約十萬分之一秒。這低於人體最快的反應時間，所以觀測者測量不到任何遲延。與之對比，行星之間的距離如此之大，以至於光在兩顆行星之間的旅行要花好幾分鐘時間。為了測量光速，根本要求是找到某種合適的參照物。

在巴黎，喬萬尼·卡西尼一直在觀測木星的衛星（簡稱木衛），它們都在各自軌道中一會兒消失於木星背後，一會兒又重新出現在木星前方。他的測量結果有差異，他把這歸因於光速是有限的。丹麥天文學家奧勒·羅默隨即也投身於此。他在1676年注意到，依娥（木衛一，也是最靠近木星的衛星）重新出現在木星前方所花的時間，在地球靠近木星期間少於地球離開木星期間（地球與木星之間存在相對接近和相對遠離的運動）。這證實了卡西尼的猜測——當地球向木星靠近時，地球與木星之間的距離越來越近，光線穿越的距離也越來越短，因此到達的時間也相對早。相反，在地球離開木星的過程中，光線穿越的距離增加，到達得也相對晚。羅默的測量以及他對地球運動相關性的發現，使得他被認可為光速有限的證明者。1690年，荷蘭數學家克裡斯蒂安·惠更斯使用羅默的估計值，算出的光速是大約每秒22萬千米，即為現代這一數值的70%。

測量光速故事的下一步再度涉及天文學，具體而言，是涉及光的像差。什麼是光的像差呢？不妨用一個大家熟悉的現象——在雨中移動以保持乾燥——來說明。當你靜止時，雨滴是垂直下落的（沒有風的時候）；而在你往前走時，雨滴卻好像是從你前方的某個點落下的，你得把雨傘往前傾斜一點才能不被淋著。現在，把降落的雨想像為來自遙遠星球的光線，把你在雨中的移動設想成地球在太空中的運動。那麼，由於上述現象即像差的存在，這顆恆星的視位置會不斷改變。

1729年，英國皇家天文學家詹姆斯·布蘭德利發現了像差現象。他測量了天龍星座的一顆恆星，發現它的視位置首先南移，然後北移，周期為6個月。儘管這一運動的幅度只約為0.01°，但運用18世紀的設備卻已經能測到了。布蘭德利由此算出，光速約為地球在軌道中速度（即圍繞太陽公轉的速度）的1.02萬倍，即光速大約是每秒29.5萬千米。這一數值距離現代光速測定值只有約2%的誤差。

為了測定很高的速度，要麼需要像天文學中那樣的遙遠距離，要麼需要測量極小時間間隔的能力。1849年，法國物理學家路易·菲佐在後一方面找到了一種在地球上測量光速的方法。他在一隻迅速旋轉的齒輪的齒縫間發射光線，8000米外的一面鏡子把光線反射回來。如果光線通過齒縫，它會被看見；但如果它擊中鋸齒，它就不會被看見（顯示為黑暗）。他改變齒輪轉速，由此就能確定光線往返所花時間。由於鏡子與齒輪之間的距離是已知的，菲佐得以推算出光速大約為每秒31.3萬千米。1862年，法國科學家利昂·傅科運用相似理念，但改用旋轉的鏡子來測量光線偏轉的角度，由此算出的光速是每秒29.9796萬千米，與現代光速值——每秒29.9792萬千米已經相當接近。

1865年，蘇格蘭數學家和物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋發表了自己對電磁波的研究結果。按照他的理論，光是電場和磁場中的一種波——電磁波。在任何一種電磁波中，一個電場消失，一個磁場出現，反之亦然，不斷重複。自由空間對電磁波的阻力，被稱為自由空間的介電常數；自由空間對磁場的阻力，則被稱為自由空間的導磁常數。在麥克斯韋理論中，光速是與這些數值有關的。電場和磁場來回振蕩的容易程度，決定著電磁波穿越的速度。這些數值的乘積，與光速平方成反比。

由此看來，從某種意義上說，克卜勒在幾百年前的推測是正確的。按照麥克斯韋的理論，如果空間沒有任何阻力，光速就確實會是無限大的。但事實上，空間是有阻力的。19世紀末，根據麥克斯韋方程式算出的光速數值是每秒29.9788萬千米，與現代光速值——每秒29.9792萬千米更加接近了。

1887年，美國人艾伯特·麥可森和愛德華·莫裡嘗試測量地球在「以太」（當時被相信瀰漫於所有空間的一種介質）中的穿行速度，方法是測量光在兩個垂直方向的速度差。他們使用了半透明鏡子，它們能讓光偏轉90°，卻又不受阻礙地繼續前行。沿著光的路徑反射兩根光柱，並且重組它們，任何速度差都會通過兩個波的異相而顯現——波峰和波谷之間的不匹配會顯示為一系列明暗條紋，稱為幹涉圖像。

麥可森和莫裡的實驗裝置很靈敏。讓他們大吃一驚的是，該裝置證明了光速是一致的，不取決於任何方向。接著，這讓愛因斯坦確信以太並不存在，或者並不以當時人們相信的形式存在。這還讓愛因斯坦在1905年提出了他的狹義相對論。感謝愛因斯坦——對光速的精確測量，讓他提出了對時間和空間本質的新見解。

尤其是，愛因斯坦的理論暗示，真空中的光速是自然界的速度極限值：沒有哪個有質量的物體能達到真空中的光速，而任何沒有質量的微粒在真空中的速度都必定是光速。然而，光在通過一種透明介質（例如水和玻璃）時會減速；有可能讓粒子（例如電子）穿越介質的速度快於光穿越介質的速度，但仍然低於光在真空中的速度——光速的絕對極限值。

電磁波的速度與光速符合，這證明可見光、無線電波、X射線及更多的波都是波長和頻率不同的電磁波。在雷射器發明之前的20世紀50年代，多名科學家使用空腔共振器對電磁波的頻率和波長各自進行了測量，得到的波速是每秒29.7992萬千米，誤差是每秒3千米。我們不妨對此做一種現代版的演示。把一條巧克力放入沒有轉盤的微波爐中，在微波強度最大的點位，巧克力被加熱的速度也最快。兩個連續「最熱點位」之間距離是微波波長的一半。用微波頻率（一般是2450兆赫茲）乘以波長，得到的就是光速——儘管它比20世紀50年代實驗室測定的光速還是要慢些。

現代超長距離光速測量涉及發射無線電信號到不同的飛行器，這些飛行器在太陽系中的位置被精確測定，其中要考慮太陽和各行星引力。用這種方法測定的光速準確度，可達一千億分之二。麥可森-莫裡技術的現代版本使用的是雷射柱，它們的頻率一直非常精確。當雷射柱被分成兩條路徑並且重組後，能夠解碼幹涉圖像以確定光的波長。波速就是波長和頻率的乘積。1972年，這導致光速測量的精確度高於二千五百億分之一。

今天，使用更先進的高度穩定雷射和利用原子鐘測量時間間隔，科學家得到的光速測量最精確值是每秒29.979 245 8萬千米，不確定值僅為每秒1米。其中，秒可以通過原子鐘來精確定義，光速中的不確定性主要是由定義1米的準確度帶來的。1983年，科學界同意把光速「固定」在上述值，於是米的定義就是：真空中光在1秒裡穿行距離的299 792 458分之一。

在過去的幾百年中，物理學家們一直致力於測量光相對於宇宙時空的速度，而今天的科學家則不同，他們是從光速中確定宇宙時空的特性。

在考慮深空旅行時，遇到的最大問題是巨大的距離。離地球最近的恆星除太陽外就是比鄰星，它距離地球40萬億千米之遙。請注意，40萬億就是4的後面跟著13個0哦！這樣的數字真是「笨重」，所以科學家創造了光年這個距離單位。1光年是指一束光在真空中（也即宇宙空間）1年中走過的距離，等於9.5萬億千米。就算是以光速從地球出發和旅行，也需要4.2年才能飛到比鄰星。科學家之所以選擇光速，是因為光速是宇宙中最快的速度。19和20世紀進行的多項實驗顯示，光速看來是你能穿越空間的絕對速度極限。

迄今為止，地球人建造的最快的飛船是歐洲空間局（簡稱歐空局）的「太陽神」系列探測器。20世紀70年代中期，它們以超過每秒7萬米的速度飛過太陽。這與每秒約30萬千米的光速相比，簡直不值一提。比鄰星是地球的近鄰，所以才稱為比鄰星。大多數恆星與地球的距離是比鄰星與地球之間距離的幾百倍、幾千倍、幾萬倍甚至幾十萬倍。如果要讓深空旅行變得可行，就必須找到能繞過光速限制的方法，蟲洞的用處就在於此。實際上，蟲洞是廣義相對論的一個基本話題。