超光速
物理學(xué)與天文學(xué)上相關(guān)條目
相對(duì)論
真空中光速:標(biāo)記為 c {\displaystyle c\,} ,定義值為:299,792,458.17m/s(1,079,252,848.8公里/小時(shí))。
迅子:迅子(tachyon)從相對(duì)論衍生出的理論虛擬粒子,總是以高于c的速度在宇宙運(yùn)行。與一般物質(zhì)(稱為遲子(tardyon))的交互作用可能性不明;是故,即使迅子存在也不一定能偵測(cè)得到。
波動(dòng)速度定義
信號(hào)速度永遠(yuǎn)不超過(guò)真空中的光速。
相速度與超光速:一個(gè)波動(dòng)的相速度可以輕易地超過(guò)真空光速c。原則上,甚至是簡(jiǎn)單的機(jī)械波都可以超過(guò),而且不需要有任何物體是以接近或超過(guò)c的速度在移動(dòng)。然而這和信號(hào)或信息的傳遞速度能否超過(guò)c無(wú)關(guān)。
群速度與超光速:在一些特殊情況下,一個(gè)波動(dòng)(例如光束)的群速度甚至也可以超過(guò)c。在這些例子中,會(huì)相伴出現(xiàn)的是強(qiáng)度的快速衰減。此脈沖的極大點(diǎn)可以用超過(guò)c的速度移動(dòng)。然而相同地,這也不表示訊號(hào)或資訊的傳遞速度可以超過(guò)c;雖然有些人會(huì)將脈沖極大點(diǎn)與訊號(hào)關(guān)聯(lián)在一起而感到興奮,但目前認(rèn)為這種關(guān)聯(lián)性想法是有所誤導(dǎo)的。原因在于:有脈沖到達(dá)的資訊可以在極大點(diǎn)到達(dá)前就已取得。舉例來(lái)說(shuō),如果存在有機(jī)制允許脈沖前段可以完全傳遞,而包含極大點(diǎn)以后的部分則會(huì)被強(qiáng)烈地衰減掉,則可以等效地認(rèn)為脈沖極大點(diǎn)在時(shí)間上往前漂移(加快抵達(dá));而關(guān)于脈沖的資訊,其傳遞并沒(méi)有比無(wú)機(jī)制的狀況下來(lái)得快。
能量傳遞速度與超光速:狹義相對(duì)論禁止超過(guò)c的能量傳遞速度。無(wú)靜質(zhì)量的量子是以c在運(yùn)行,而有靜質(zhì)量者則以小于c的速度運(yùn)行。
資訊傳遞速度與超光速:狹義相對(duì)論禁止超過(guò)c的資訊傳遞速度。而例如量子力學(xué)上目前的新焦點(diǎn)——量子纏結(jié),有人認(rèn)為可以達(dá)到超光速的資訊傳遞,但主流意見(jiàn)認(rèn)為不可能,頂多只能加快資訊傳遞速度到達(dá)近光速。
量子力學(xué)
量子纏結(jié)中進(jìn)行量子測(cè)量的即時(shí)變化出現(xiàn)了廣域關(guān)聯(lián)性,似乎相距極遠(yuǎn)的纏結(jié)粒子之間有超光速的“溝通”。有些學(xué)者認(rèn)為可能可以利用之,以得到即時(shí)或超光速的“訊息”,但主流學(xué)界予以否定。對(duì)于量子纏結(jié)的超光速關(guān)聯(lián)看法,一些學(xué)者認(rèn)為可能是哥本哈根學(xué)派的量子力學(xué)詮釋有缺陷所致,可能在一些其他的詮釋下能夠獲得圓滿的解決。
量子穿隧效應(yīng)與超光速。
玻姆理論中的超光速。
實(shí)驗(yàn)物理
超光速實(shí)驗(yàn)以及慢光。
天文學(xué)與宇宙學(xué)
超過(guò)光速的宇宙膨脹:宇宙膨脹使得遠(yuǎn)距離的恒星系以超過(guò)c的速度彼此遠(yuǎn)離,這個(gè)速度的度量是采用同移距離(comoving distance)與宇宙時(shí)間(cosmological time)來(lái)計(jì)算的。然而根據(jù)廣義相對(duì)論,一般所言的速度是個(gè)定域性質(zhì)的標(biāo)記,光速的限制也是針對(duì)這種定義下的速度。因此采用同移座標(biāo)所算出的速度和定域座標(biāo)的速度并不存在有任何簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)性。
天文學(xué)觀測(cè)到的超光速:明顯的超光速運(yùn)動(dòng)在許多電波星系、類(lèi)星體等等極遠(yuǎn)星體可以觀測(cè)得到。這效應(yīng)在觀測(cè)到前就已獲得預(yù)言,可以用光學(xué)幻覺(jué)來(lái)解釋,原因是星體移動(dòng)方向和觀察者相同,但做速度計(jì)算時(shí)卻沒(méi)有如此設(shè)定。這現(xiàn)象并不違背狹義相對(duì)論。有趣地是,經(jīng)過(guò)校正后的計(jì)算值顯示這些星體的速度是近光速的(相對(duì)于我們的參考系),而且是大質(zhì)量物體以近光速運(yùn)動(dòng)的第一例。在地表上的實(shí)驗(yàn)室,我們尚未能夠?qū)⑤p如基本粒子的物體加速到這樣的速度。
暴脹理論與光速可變理論:指宇宙大爆炸起初速度遠(yuǎn)快于現(xiàn)在光速,又分為經(jīng)典暴脹理論、混沌暴脹理論和光速可變理論。后者由喬奧·馬古悠提出的,認(rèn)為以相對(duì)論而言是時(shí)空結(jié)構(gòu)先行于可見(jiàn)物體,而光是時(shí)空結(jié)構(gòu)一部分,所以認(rèn)為以當(dāng)時(shí)物理?xiàng)l件來(lái)說(shuō),光仍是遠(yuǎn)快于其他物體的擴(kuò)張,只是光在其時(shí)遠(yuǎn)比現(xiàn)在更快。而隨著時(shí)間的改變,光速逐漸降低到現(xiàn)在的值。
廣義相對(duì)論與度規(guī)操控
阿庫(kù)別瑞引擎
比鄰星
科幻作品的超光速
距離地球最近的恒星系是半人馬座α星(南門(mén)二),有4.2光年之遙,以光速來(lái)回對(duì)地球上的觀察者而言就要花上8.4年,更何況是次光速的航天器。
而科幻的舞臺(tái)上很多是發(fā)生在比這距離還遠(yuǎn)的星系間故事,如果確切遵守相對(duì)論,則這些故事就理應(yīng)不該發(fā)生??苹美碚撝谐S蟹椒ɑ蛟O(shè)定允許航天器回避相對(duì)論限制,航行于廣闊太空的星際之間,而又不天馬行空地明顯違反物理學(xué)。
此外,星際間訊息傳遞也有相似的情況。
超光速的驗(yàn)證
OPERA實(shí)驗(yàn)
相關(guān)條目
蟲(chóng)洞
契忍可夫輻射
超空間
子空間
曲速引擎
參見(jiàn)
光速不變?cè)?/span>
宇宙三禁律
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