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關(guān)于光速的問題要追溯到2500年前希臘哲學(xué)家恩培多克勒（Empedocles)第一次宣稱光的速度是有限的時候。光行進的很快，以至于它可以在一秒內(nèi)于倫敦和紐約之間來回穿梭超過50次，速度相當(dāng)于一秒超過299792.458千米。光速在物理學(xué)中有著很重要的作用，因為它是愛因斯坦的相對論建立的理論基礎(chǔ)之一。愛因斯坦的著名公式不僅同時被科學(xué)家和非科學(xué)家用作參考，并且他所提出的相對論為現(xiàn)代物理學(xué)的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。盡管愛因斯坦的理論為他帶來了聲譽和成就，但這些理論持續(xù)地在現(xiàn)代物理學(xué)研究中引發(fā)問題。這是因為，根據(jù)愛因斯坦的理論，任何有質(zhì)量的物體都不會以超光速的速度運行。這可能是物理學(xué)中的一個基本定律，但是隨著時間的推移，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的理論比他們原先認(rèn)定的更為靈活。以下是關(guān)于超光速運動的十個酷炫理論。

10．愛因斯坦的狹義相對論認(rèn)為物體不可能超光速運行

直到阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）寫出E=mc^2公式后，物理學(xué)家才真正理解質(zhì)量和能量之間的重要關(guān)系。愛因斯坦的理論讓20世紀(jì)的科學(xué)家們突破了經(jīng)典物理學(xué)世界的限制。愛因斯坦創(chuàng)立了兩大理論：狹義相對論和廣義相對論。

相對論認(rèn)為當(dāng)兩個物體運動時，它們在以一個相對于對方的速度移動著。每個人都擁有自己的時間認(rèn)知，這取決于人們各自的運動速度。狹義相對論只在單一的運動狀態(tài)下發(fā)生。例如，如果你正在做勻速直線運動，就在狹義相對論范疇之內(nèi)。通過他的理論，愛因斯坦反駁了絕對速度的概念并證明所有運動都是相對的，除了光的運動。物體運動的越快，就有越大的質(zhì)量，而且運動的時間越短。所以，如果有物體要超過光速，它會及時向后運動。然而，光以同一個速度運動，不以時間變化而變化。愛因斯坦的理論有兩個規(guī)定。第一，光速不可改變。第二，無論你在哪，物理學(xué)定律不變。光線依據(jù)相對論以一個有限的速度運動。光速恒定但是時間不是絕對的，而且一個運動狀態(tài)下的時鐘會比靜止的走得慢些。

愛因斯坦成名的原因不止因為他的理論至關(guān)重要，而且因為他和他的同事們在同一時間所做的事背道而馳。大多數(shù)物理學(xué)家做實驗失敗時，他們會認(rèn)為實驗本身有瑕疵而理論是無誤的。但是，愛因斯坦會認(rèn)為實驗結(jié)果是正確的而理論需要相應(yīng)地更正。愛因斯坦還十分相信因果關(guān)系，這是相對論的重要組成部分。因果關(guān)系是指每一個結(jié)果都有其起因的理論。這是經(jīng)典物理學(xué)的重要定律之一。愛因斯坦關(guān)于量子理論的最大擔(dān)心是量子理論拋開了因果關(guān)系。的確，現(xiàn)在有很多對相對論的曲解包括了這些類型的事件。

9．沒有人真正知道超光速運動的意義

我們很難準(zhǔn)確把握住超光速運動的意義。超光速運動與相對論的原理相悖，并因此被基本物理學(xué)定律認(rèn)為不可能發(fā)生。超光速并不是可以簡單解釋為一個粒子在以超過299792.458公里每秒的速度運動著。超光速運動時會不一樣，因為一些過程可以超過這個速度運動，但是這些過程不能攜帶信息。但是，這個論述也無法解釋真空狀態(tài)下的光線運動。以上這些解釋都不與狹義相對論沖突，所以也都沒有闡明超光速運動的條件?？茖W(xué)家知道的關(guān)于超光速運動的理論大多不是關(guān)于這意味著什么，而是這不意味什么。相對論的定律需要一個相對的速率，這就意味著速率取決于個體。

超光速運動的一種方法是通過一個蟲洞去做，它會讓你有可能不需要通過當(dāng)?shù)氐目臻g，從宇宙的一邊到達(dá)另一邊。然而，有一個區(qū)別需要注意，因為這不是在當(dāng)?shù)刈龀馑龠\動，而是扭曲相對論定律并在全球范圍內(nèi)超光速運動，這是兩個不同的概念。穿過蟲洞意味著扭曲了時空而不是在穿越旅行。你可以這樣考慮它：如果兩個人在比賽跑步，其中一人突然彎身鉆入了樹籬，并且比另外一個人早兩分鐘通過終點線，他是否就比按規(guī)定路線比賽的人快了呢？

8. 從理論上來說，找到比光速快的粒子是可能的

中微子是宇宙中的基本粒子，但要檢測到它卻非常不易。中微子類似于電子，但它們不帶電，所以它們不會像電子一樣受到電磁力的影響。正因如此，中微子能在物質(zhì)中長距離穿行。先前有證據(jù)表明中微子具有質(zhì)量，但就算從粒子標(biāo)準(zhǔn)來看，其質(zhì)量也是微乎其微的。一篇發(fā)表于2014年12月的論文聲稱，中微子的運動速度不僅可能快于光速，實際上還快于其能量的消耗速度。1998年，超級神岡探測器（The Super-Kamioskande）找到了中微子質(zhì)量非零的證據(jù)。最新的一篇論文聲稱這些粒子具有“虛質(zhì)量”。具有虛質(zhì)量意味著某事物有一個負(fù)的質(zhì)量值，就好比用虛數(shù)表示負(fù)數(shù)的平方根。可能聽上去有點兒奇怪，但這也是其與愛因斯坦相對論不符的部分原因——在愛因斯坦相對論中有這樣一個理論：質(zhì)量會隨著速度的增加而增大。該論文表明確實存在運動速度比光速快的粒子，且它們都具有質(zhì)量。若此理論經(jīng)證實，就意味著有質(zhì)量的粒子可能運行得比光速略快——這是到目前為止都不可能實現(xiàn)的。不過該發(fā)現(xiàn)并非意味著有任何事物的運動速度可以比光速快。對科學(xué)家們來說，就算證實了中微子可以做到這一點，這仍只是個特殊發(fā)現(xiàn)，意味著還有一些關(guān)于粒子的重要內(nèi)容未被發(fā)現(xiàn)。

目前有這樣一種說法：若中微子的運行速度真的能比光速快，科學(xué)家們就能利用中微子將他們傳送到過去傳遞信息了。比光速還快的通信交流，基本上相當(dāng)于時空旅行。

7. 雖然光速旅行只是個夢想，但我們也許能做到光速通信

如果我們最終去到了其他星球上生活，會發(fā)生什么呢？我們該怎么從最遙遠(yuǎn)的宇宙空間傳遞和接收信息？以光速發(fā)送一條消息到月球需要1.3秒，甚至可能比視頻聊天的延遲速度還要快。然而，如果火星成為人類的居住地，那么消息到達(dá)目的地的時間將會顯著增加：如果以光速發(fā)送消息，全程將花費大約12.5分鐘。如果我們試著與最接近的啟動系統(tǒng)進行通信，那么一條信息將需要四年的時間來傳遞。以光速發(fā)送消息稱為超光速傳播，就目前看來，這仍然只是個假設(shè)。大多數(shù)成功的試驗并未違背愛因斯坦廣義相對論的理論，這說明實際上它們并未達(dá)到光速，也未攜帶任何信息。有一種可能是通過蟲洞傳遞信息，但這種可能性是需要前提的：假設(shè)蟲洞是存在的，且人類可以通過它傳遞信息。而目前這兩者都是未經(jīng)證實的。

愛因斯坦的理論表明，我們不能提高傳輸速度，但科學(xué)家認(rèn)為，我們可以增加傳輸?shù)男畔⒘?。如果科學(xué)家們能夠增加傳輸?shù)膶拵?，特別是能夠在此基礎(chǔ)上壓縮數(shù)據(jù)、減少錯誤，那么他們就可以每秒發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。同樣地，這并非意味著所有信息都能夠以光速傳送了。不過我們知道光速是恒定且牢不可破的，所以找到一條捷徑還是有希望的。

6. 科學(xué)家認(rèn)為通過奇異物質(zhì)最有可能傳送比光速還快的信號

奇異物質(zhì)就是與普通電子和光子不同的物質(zhì)。奇異物質(zhì)形式眾多，比如暗物質(zhì)，負(fù)質(zhì)量或者虛質(zhì)量。其實奇異物質(zhì)完全就是猜想，因為它的理論違背了物理規(guī)律，而且還沒有證明它確實存在。舉例來說，物理學(xué)家能肯定什么不是暗物質(zhì)，但是卻不知道什么才是真正的暗物質(zhì)。

奇異物質(zhì)在量子物理領(lǐng)域解釋了一些極大的悖論。負(fù)質(zhì)量的概念是指一個質(zhì)點向作用力相反的方向運動，而虛質(zhì)量由于帶有負(fù)質(zhì)量，是唯一可以以光速運動的粒子。所以，奇異物質(zhì)在時間和空間有不同的反應(yīng)，本質(zhì)上可以做到時空穿越。當(dāng)奇異物質(zhì)在太空以極快的速度通過時，它就會穿越到過去。奇異物質(zhì)不和其他物質(zhì)相互作用?？茖W(xué)家會例行做實驗，希望可以觀測到這些奇異物質(zhì)。有時候，他們必須到地下深層，在與外界完全無接觸的無菌環(huán)境下進行實驗。奇異物質(zhì)雖然難以捕捉，但卻是唯一可以徹底打破相對論法則的物質(zhì)，以便讓粒子的運動速度快于光速。

5. 量子相互作用比光速還快

量子糾纏（運動）是唯一一個證明了粒子運動快于光速的反應(yīng)。量子糾纏的具體表現(xiàn)是：根據(jù)量子理論，如果兩個電子靠近，他們就會一致震動；但如果將兩個電子分開，他們之間就會產(chǎn)生一條隱形紐帶，即便他們之間被分隔開不可思議的距離，甚至在宇宙兩端，這條紐帶都會將（兩端的電子）連接起來。量子糾纏表明如果你移動一個電子，與之相連的另一個電子能夠立刻察覺，這個察覺速度比光速還快。愛因斯坦把這個（現(xiàn)象）稱為“幽靈般的超距作用”。最近，中國科學(xué)家想要測量糾纏粒子間的瞬時反應(yīng)速度，他們提出糾纏粒子間可能發(fā)生反應(yīng)的最慢速度也會比光速快10,000倍。但是科學(xué)家不可能像用手機一樣操作糾纏光子，他們沒辦法控制另一個與之相連的光子，并且在實驗之前也無法一直掌握兩個光子的狀態(tài)，所以這個測量對量子物理學(xué)沒多大意義。本質(zhì)上，量子物理學(xué)必須要接納一切可能的答案。它現(xiàn)在處于一個不斷變化的狀態(tài)，可以允許任何實驗得出不同的理解。雖然總體上具體數(shù)字對科學(xué)家們來說意義并不大，但是在糾纏光子運動領(lǐng)域做研究的科學(xué)家卻是樂在其中，希望能夠發(fā)現(xiàn)他們運動速度的上限。

量子糾纏也可能與神秘的蟲洞有關(guān)聯(lián)，但是蟲洞到現(xiàn)在也還只是一個空間假說。

4．蟲洞是超光速旅行的一個關(guān)鍵要素

一個臆想出的蟲洞，就像科幻小說描述的那樣，可以提供一條捷徑使人從宇宙的一個地方穿越到另一個地方。然而，事實上人類并不能通過蟲洞旅行或是發(fā)送信息。當(dāng)兩個黑洞互相糾纏后再分開，就有可能出現(xiàn)蟲洞。原子距離的遠(yuǎn)近無關(guān)緊要，只要發(fā)生糾纏，即使它們在宇宙的兩端，它們也會相連。

這種情況也發(fā)生在黑洞上。如果兩個黑洞相互糾纏，它們可能跨越很遠(yuǎn)的距離通過蟲洞相連。黑洞可能像一個原子那么大，也可能超過太陽的尺寸，它們的引力強度非常大，即便是光也無法從黑洞中逃脫。如果你掉到黑洞里，你可能會被巨大的引力壓得粉碎。

蟲洞在量子科學(xué)領(lǐng)域中非常重要。盡管蟲洞并沒有被充分理解，卻因此產(chǎn)生了兩個數(shù)學(xué)派別共同對該問題進行研究，最終促進了量子糾纏被更加廣義的理解。

3．星際迷航的曲速引擎并不完全是幻想

美國航空航天局（NASA）已經(jīng)致力于曲速引擎這個概念。如果可能，它將使宇航員在不同行星間穿梭的時間大大縮短，從幾十年甚至數(shù)千年縮短到幾星期或者幾個月。哈羅德·懷特博士（Harold White）相信，使時間和空間彎曲是完全可能的。美國航空航天局的團隊正在試圖找到利用時空膨脹和時空收縮的方法。哈羅德·懷特博士認(rèn)為可以設(shè)計一個類似于星際迷航中企業(yè)號航空母艦（USS Enterprise）那樣的宇宙飛船，如果這個工程可以順利完成，那么人類的時空旅行將進入一個全新的時代。宇航員和科學(xué)家可以及時地到達(dá)其他星系參觀游覽，這將為該領(lǐng)域的研究打開全新的視野。其他物理學(xué)家認(rèn)為：盡管美國航空航天局的夢想不會在短期實現(xiàn)，但是它終將成為現(xiàn)實。

曲速引擎并不是唯一在星際迷航中可能被利用到的物理學(xué)理論。星際迷航中還強調(diào)了一種叫做超光速的粒子，據(jù)說它自然存在的速度超過了光速，在科幻小說中經(jīng)常與時空旅行聯(lián)系在一起。截至目前為止，這種粒子仍然是一種假設(shè)，但是歐洲物理粒子研究所（CERN）有希望在2011年發(fā)現(xiàn)超光速粒子。

2．米格爾·阿庫別瑞（Miguel Alcubierre）認(rèn)為有望實現(xiàn)曲速運動

米格爾·阿庫別瑞（Miguel Alcubierre）發(fā)布理論認(rèn)為曲速引擎有望實現(xiàn)。這一理論由于沒有違背愛因斯坦的相對論而顯得格外特別。根據(jù)這一理論，如果擁有一個形似氣泡的理論驅(qū)動系統(tǒng)，曲速引擎可能成為現(xiàn)實。這一系統(tǒng)將在波浪中延伸時空，使宇宙飛船前面的空間結(jié)構(gòu)收縮，并使其后面的空間擴張。當(dāng)這種情況發(fā)生時，飛船可以乘坐所謂的“波浪”，加速到極高的速度，然而并未完全到達(dá)光速。正因如此，飛船將被地球本身的時空推開，拉向一個遙遠(yuǎn)的目的地。阿庫別瑞之所以得出該理論其實是反向運用了愛因斯坦場方程。阿庫別瑞雖不是第一個發(fā)現(xiàn)物質(zhì)和能量的分布與空間時間的人，但他是首先發(fā)現(xiàn)時空并從中尋找能量和動量的人。

許多人都對時空扭曲持懷疑態(tài)度。就算同意這是合理的，阿庫別瑞博士也質(zhì)疑曲速引擎的可能性。曲速引擎最大的擔(dān)憂是：太空飛船所需的波長或空泡不能從船內(nèi)發(fā)出的信號里找到，科學(xué)家們既不能打開也不能關(guān)閉該波動。這使得曲速引擎似乎非常難，甚至不可能被駕馭。但是，作為現(xiàn)代科學(xué)中最偉大的發(fā)現(xiàn)，它足以受到重視。

1.最終，宇宙的膨脹速度將超過光速

物理學(xué)家稱，宇宙運動速度最終會比光速快，但這不是一個簡單的命題。大爆炸時，宇宙中所有物質(zhì)都在向各個方向推進，至此以后宇宙就一直在膨脹。宇宙膨脹速度極快，沒有上限。隨著宇宙空間的擴展，星系不會穿越宇宙，而是隨之移動。這并不違反愛因斯坦的理論，因其理論規(guī)定，在真空中任何物質(zhì)的速度不能超過光速，因為宇宙是虛無的。

愛因斯坦的相對論在邏輯和科學(xué)方面都是合理的，經(jīng)受了上百年的檢驗，時至今日，仍是物理學(xué)的基礎(chǔ)。愛因斯坦的理論認(rèn)為，沒有任何物體運動速度能比光速快。但如今，科學(xué)家們對該理論加以變形——允許粒子以每秒30萬公里以上的速度運動。然而，這些都是曲解而并非直接違背該理論。世界各地的物理學(xué)家們?nèi)匀辉趯ふ夷切O其罕見的奇異物質(zhì)，以期驚鴻一瞥。實際上我們已知宇宙的95%是由奇異物質(zhì)構(gòu)成的，余下的5%是由構(gòu)成我們世界的光子、電子和原子組成。然而，奇異物質(zhì)雖然近在眼前，卻仍然無法被發(fā)現(xiàn)。美國航空航天局（NASA）可能用一百年時間能創(chuàng)建出一艘媲美科學(xué)幻想中星際迷航的太空飛船，但物理學(xué)家大概從未看清奇異物質(zhì)的面貌，而只得到一些它不是什么樣的線索。量子物理學(xué)的理論依賴于機會、希望和潛力。未來若想達(dá)到比光速更快的速度，這些也是必須的。

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