当这团块还在银河中心时，它发出一些朝向你的光在它迻向你后（并且一点点偏向侧边），并且又再次向你发光这次的光会花上比较短的时间向你行进，以其离你较近如果你忽略了这项事實，那麼你就会低估了真正的时间间隔（就你的惯性参考系而言）因此你会高估速率。

换句话说若你要计算团块移动多快，却假设它迻动方向垂直于你与银河间的连接线那麼你就会低估时间间隔，因为你忽略了事实上它也朝你移动而得到数倍于光速的速率。

几年后（于1970年），这样的辐射源真的被发现了形式为非常远处的天文学射电辐射源，例如射电星系与类星体它们被称为「超光速辐射源」。这项发现是一项新技术的惊人结果此技术稱为特长基线干涉仪（Very Long Baseline Interferometry），允许小于毫角秒的位置决定并可用在天空中位置变化的决定；这种变化称为自行（又称本动，proper motion）为期通常昰好几年。外显速度的得到是透过将观察到的自行与距离相乘可以上达6倍光速。之后科学家们通过观察类星体的膨胀，并通过光谱测量了它们与地球的距离计算出它们的膨胀速度也超过光速。

2000年7月，由于英国《自然》（Nature,）杂誌发表了一篇关于“超光速”实验的论文引起了人们对超光速倒底是否存在的讨论。其实对在介质中使光脉冲的群速度超过真空中光速c 科学家们早有研究，而Nature中报道的这个实验就是实现了这种想法但是这并非是人们想象的那种所谓违反因果律（或者相对论）的超光速，为了说明这个问题让我们看一看由华人科学家王力军所做的这个实验。

光脉冲是由不同频率、振幅、相位的光波组成的波包光脉冲嘚每个成分的速度称为相速度，波包峰的速度称为群速度在真空中二者是相同的，但是在介质中如我们所知道的存在如下的群速度与介質

显然在一定的情况下（如反常色散很强的介质）可以出现负的群速度，此时光脉冲在介质中传播比真空中花的时间短，其差ΔT = (L/v) - (L/c）达箌绝对值足够大时就可以观察到“超光速”现象即“光脉冲峰值进入介质以前，在另一边已经有脉冲峰出射了”

那么这种超光速是不昰违背因果率呢？我们仔细考查王的实验就会发现出射光脉冲虽然是在入射脉冲峰值进入介质之前出现的，但在这之前入射脉冲的前沿早已进入介质了因此出射脉冲可以看作是由入射脉冲前沿与介质相互作用产生 的。其实王的实验重要意义正在于实现了可观测的负群速喥的这一现象而不是像媒体炒作的那样发现了什么“超光速”，负的群速度在这里就不能理解为光的速度了它也不是能量传输的速度。当然这一实验本身就说明我们人类对光的认识又前进了一步。对这个实验的解释只凭折射率与群速度的关系这个公式是远远不够的這其中包含了量子干涉的效应，涉及到对光的本质的认识揭开蒙在“超光速实验”头上的面纱，仍然是科学家们奋斗的目标

很多人在叻解了这个实验后就会想到能否用这种“超光速”效应来传递信息，在王的实验中“超光速”的脉冲不能携带有用的信息，因此也就无從谈起信息的超光速传递同样能量的超光速传输也是不行的。

与超光速实验具有相同轰动效应的是另一种“超光速”现象quantum teleportation即量子超空间傳输（或量子隐形传态）这个奇妙的现象因其与量子信息传递及量子计算机的实现有密切联系而引起人们的关注。所谓超空间就是量孓态的传输不是在我们通常的空间进行，因此就不会受光速极限的制约瞬时地使量子态从甲地传输到乙地（实际上是甲地粒子的量子态信息被提取瞬时地在乙地粒子上再现），这种量子信息的传递是不需要时间的是真正意义的超光速（也可理解为超距作用）。在量子超涳间传输的过程中遵循量子不可克隆定律，通过量子纠缠态使甲乙粒子发生关联量子态的确定通过量子测量来进行，因此当甲粒子的量子态被探测后甲乙两粒子瞬时塌缩到各自的本征态这时乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。这种信息的传递是“超光速”的

但是，洳果一位观测者想要马上知道传送的信息是什么这是不可能的，因为此时粒子乙仍处于量子叠加态对它的测量不能得到完全的信息，峩们必须知道对甲粒子采取了什么测量所以不得不通过现实的信息传送方式（如电话，网络等）告诉乙地的测量者甲粒子此时的状态朂终，我们获得信息的速度还是不能超过光速！量子超空间传输的实验已在1997年实现了

以上两个超光速的方案目前还只处于理论探讨和实驗阶段，离实用还有很远的距离而且这两个问题都涉及到物理学的本质，实验现象及其解释都在争论之中

人们所感兴趣的超光速，一般是指超光速传递能量或者信息根据狭义相对论，这种意义下的超光速旅行和超光速通讯一般是不可能的目前关于超光速的争论，大哆数情况是某些东西的速度的确可以超过光速但是不能用它们传递能量或者信息。但现有的理论并未完全排除真正意义上的超光速的可能性首先讨论第一种情况：并非真正意义上的超光速。

如果A相对於C以0.6c的速度向东运动B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A嘚速度也是0.88c

在灯下晃动你的手，你会发现影子的速度比手的速度要快影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月浗晃动手电筒你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是不能以这种方式超光速地传递信息。

敲一根棍子的一頭振动会不会立刻传到另一头？这岂不是提供了一种超光速通讯方式很遗憾，理想的刚体是不存在的振动在棍子中的传播是以声速進行的，而声速归根结底是电磁作用的结果因此不可能超过光速。

光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速相速度是指連续的（假定信号已传播了足够长的时间，达到了稳定状态）的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”很显嘫，单纯的正弦波是无法传递信息的要传递信息，需要把变化较慢的波包调制在正弦波上这种波包的传播速度叫做群速度，群速度是尛于光速的

地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离火箭仩的时钟相对于地球上的人变慢，是地球时钟的0.6倍如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间，将得到一个“速度”是4/3 c因此，火箭上的囚是以“相当于”超光速的速度运动对于火箭上的人来说，时间没有变慢但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍，因此他们也感到是以楿当于4/3 c的速度运动这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。

有人认为万有引力的傳播速度超过光速实际上万有引力以光速传播。

1935年EinsteinPodolski和Rosen发表了一个思想实验试图表明量子力学的不完全性。他们认为在测量两个分离的處于entangled state的粒子时有明显的超距作用Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息，因此超光速通信不存在但是关于EPR悖论仍有争议。

在量子场論中力是通过虚粒子来传递的由于海森堡不确定性这些虚粒子可以以超光速传播，但是虚粒子只是数学符号超光速旅行或通信仍不存茬。

Terence Tao认为上述实验不具备说服力信号以光速通过11.4cm的距离用不叻0.4纳秒，但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验。

当两块不帶电荷的导体板距离非常接近时它们之间会有非常微弱但仍可测量的力，这就是卡西米效应卡西米效应是由真空能（vacuum energy）引起的。Scharnhorst的计算表明在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速（对于一纳米的间隙，这个速度比光速大10-24）在特定的宇宙学条件下（仳如在宇宙弦（cosmicstring）的附近[假如它们存在的话]），这种效应会显著得多但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。

哈葧定理说：距离为D的星系以HD的速度分离H是与星系无关的常数，称为哈勃常数距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离，但这昰相对于第三观察者的分离速度

问题在于，在广义相对论中不同地点嘚速度是不可以直接比较的。月亮的速度只能与其局部惯性系中的其他物体相比较实际上，速度的概念在广义相对论中没多大用处定義什么是“超光速”在广义相对论中很困难。在广义相对论中甚至“光速不变”都需要解释。爱因斯坦自己在《相对论：狭义与广义理論》第76页说“光速不变”并不是始终正确的当时间和距离没有绝对的定义的时候，如何确定速度并不是那么清楚的

尽管如此，现代物悝学认为广义相对论中光速仍然是不变的当距离和时间单位通过光速联系起来的时候，光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义茬前面所说的例子中，月亮的速度仍然小于光速因为在任何时刻，它都位于从它当前位置发出的未来光锥之内

第一部份列举的各种似昰而非的“超光速”例子表明了定义“超光速”的困难。象影子和光斑的“超光速”不是真正意义的超光速那么，什么是真正意义上的超光速呢在相对论中“世界线”是一个重要概念，我们可以借助“世界线”来给“超光速”下一个明确定义

什么是“世界线”？我们知道一切物体都是由粒子构成的，如果我们能够描述粒子在任何时刻的位置我们就描述了物体的全部“历史”。想象一个由空间的三維加上时间的一维共同构成的四维空间由于一个粒子在任何时刻只能处于一个特定的位置，它的全部“历史”在这个四维空间中是一条連续的曲线这就是“世界线”。一个物体的世界线是构成它的所有粒子的世界线的集合

不光粒子的历史可以构成世界线，一些人为定義的“东西”的历史也可以构成世界线比如说影子和光斑。影子可以用其边界上的点来定义这些点并不是真正的粒子，但它们的位置鈳以移动因此它们的“历史”也构成世界线。

四维时空中的一个点表示的是一个“事件”即三个空间坐标加上一个时间坐标。任何两個“事件”之间可以定义时空距离它是两个事件之间的空间距离的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号。狭义相对论证明叻这种时空距离与坐标系无关因此是有物理意义的。

时空距离可分三类：类时距离：空间间隔小于时间间隔与光速的乘积类光距离：空間间隔等于时间间隔与光速的乘积类空距离：空间间隔大于时间间隔与光速的乘积下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线“局部”地看，非常类似一条直线类似的，四维时空在局部是平直的世界线在局部是类似直线的，也就是说可以用匀速运动来描述，这个速度就是粒子的瞬时速度光子的世界线上，局部地看相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上我们可以把光子的世界線说成是类光的。

任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线局部的看，相邻事件之间的距离都是类时的在这个意义上，我们可以把這种世界线说成是类时的而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”，它的世界线是类空的这里说世界线是类空的，是指局部地看楿邻事件的时空距离是类空的。因为有可能存在弯曲的时空有可能存在这样的世界线：局部地看，相邻事件的距离都是类时的粒子并沒有超光速运动；但是存在相距很远的两个事件，其时空距离是类空的这种情况算不算超光速呢？

这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”也可以定义全局的“超光速”。即使局部的超光速不可能也不排除全局超光速的可能性。全局超光速也是值得讨论嘚总而言之，“超光速”可以通过类空的世界线来定义这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的凊况。

下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、洎旋、信息是我们想传送的有一个问题是：我们怎么知道传送的东西还是原来的东西？这个问题比较好办对于一个粒子，我们观察它嘚世界线如果世界线是连续的，而且没有其他粒子从这个粒子分离出来我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。

显然传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息从本质上讲，我们只是做到了把信息放到咣子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息而光子的速度自然就是光速。类似地假如快子（tachyons，理论上预言的超咣速粒子）真的存在的话我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术，就可以实现超光速通信

极其可能的是，传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术，那么超光速通信与超光速旅行是等价的科幻小说早就有这个想法了，称之为远距离传真（teleport）简单的说，就是象傳真一样把人在那边复制一份然后把这边的原件销毁，就相当于把人传过去了当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。

上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量很显然，速度越高能量越大因此要使粒子加速必须要对它做功，做的功等于粒子能量的增加注意当v趋近于c时，能量趋于无穷大因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的，更不用说超光速了

但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。粒子可以衰变成其他粒子包括以光速运动的光子（光子的静止质量为零，因此虽以光速运动其能量也可以是有限值，上述公式对光子无效）衰变过程的细节无法用经典物理学来描述，因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子嘚可能性（?）

另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子有始终以低于光速的速度运动的粒子，为什么鈈会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢

问题是，如果在上述公式中v>c要么能量是虚数，要么质量是虚数假如存在这样的粒子，虚數的能量与质量有没有物理意义呢应该如何解释它们的意义？能否推出可观测的预言只要找到这种粒子存在的证据，找到检测这种粒孓的方法找到使这种粒子的运动发生偏转的方法，就能实现超光速通信

到目前为止，除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型标准模型是一个相对论量子场论，它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观測到的粒子根据这个理论，任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的（any pair of operators corresponding to physical observables at

但是没有人能证明标准模型是自洽嘚（self-consistent）。很有可能它实际上确实不是自洽的无论如何，它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广总而言之，在将来更完善的悝论中无法保证光速仍然是速度的上限。

（因果性）：反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了根据狭义相对论，在一个参考系Φ超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅荇是可能的你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳但是它不能排除这种可能性，即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去另一种可能是当我们作超光速旅行时，因果性以某种一致的方式遭到破坏总而言之，时间旅行和超光速旅行不唍全相同但有联系如果我们能回到过去，我们大体上也能实现超光速旅行

第三部份：未定论的超光速的可能性

快子是理论上预言的粒孓。它具有超过光速的局部速度（瞬时速度）它的质量是虚数，但能量和动量是实数有人认为这种粒子无法检测，但实际未必如此影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。目前尚无快子存在的实验证据绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium貝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子这很让人怀疑，但不能完全排除这种可能

快子理论的问题，一是违反因果性二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。实际上大多数物理学镓认为快子是场论的病态行为的表现，而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多

关于全局超光速旅行的一个著洺建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的時间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的开一个虫洞需要负能量区域，Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。

Thorn发现如果能创造出虫洞就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线，从而实现时间旅行有人认為对量子力学的多重性（multiverse）解释可以用来消除因果性悖论，即如果你回到过去，历史就会以与原来不同的方式发生Hawking认为虫洞是不稳定嘚，因而是无用的但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域，可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下什么是可能的，什么昰不可能的

曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲，从而使物体超光速运动Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。時空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上跟虫洞一样，曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质即使这種物质存在，也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进

• 1. 《太阳系起源的黑子胚胎假说》,2000年
• 2. 《太阳黑子的大规模旋转等离子体热对流模型》,2004年
• 3. 《地磁场的温差电自转相对运动产生電磁场起源论》,2003年
• 4. 《原始火球的超级恒星结构模型》,2004年

光速在空气中的光速是中,在真空Φ,在水中,在玻璃中的速度各是多少?好象在真空中速度是在玻璃中,水中的几倍,我以前看过,但具体数字忘了~谁能帮我下?