其实光速也分很多种,我们可以分为真空下的光速,和在介质中的光速。宇宙中确实存在一些远超真空光速的存在,同时也存在,同样是在介质中,但要比光速快的情况,我们先说第一种,在说第二种。
超越真空光速
关于比真空光速快的情况,很多人其实一下子能够想到的是宇宙膨胀速度。但是在说这个之前,我们可以先要来明确一下“光速限制了谁?”,我们先给出答案:光速的限制是针对于物质、信息、 能量而言的。而具体光速是极限速度的推导是来自于狭义相对论,爱因斯坦在求解相对论质量时,得到了下面这么一个公式:
这个公式告诉我们,静止质量(也就是速度为0时)为0的东西,是可以达到光速的。但静止质量为0的东西,我们知道的只有光子和胶子,而胶子和夸克玩起了夸克禁闭,我们还观测不到自由的胶子,而光子在真空中确实就是光速。
而静止质量不为0的东西,越加速,质量就会越大,质量越大,就难加速,而想要加速到光速,则需要无穷大的能量,因此,静止质量不为0的东西是没办法超光速的。
所以,所谓的不能超光速,是针对于物质,信息和能量而言的。
所以,宇宙空间是可以超光速的,它不属于能量和物质,也不会传递信息。而宇宙诞生之初,就发生过一场大暴胀,宇宙在不到一秒内,剧烈膨胀,体积变大为原来的10^30倍。这个过程是远远超过光速的。除此之外,目前宇宙正在加速膨胀,相对于我们而已,有很多地方都是超光速在膨胀。
除了宇宙膨胀,还有相速度是超光速的。
那什么是相速度呢?我们可以想象一下,往水里扔一块石头,就会激起波浪来,是一个个环形的,我们也可以叫做波环。
波环其实其实可以看成一组拥有不同传播速度的独立子波构成的。其中波长比较长的子波传递速度更快一点,就像下面的红点,红色的速度被称为相速度,波长较短的子波传播速度较慢,就像下面的绿点,绿的速度被称为群速度。
其中,相速度是可以超光速的,但是这并不能代表什么,因为相速度的超光速并不意味着信息和能量的传递超光速。
除了宇宙空间的膨胀,相速度,量子纠缠其实也是超光速的,但同样的,并没有办法实现信息和能量的超光速传递,这是因为量子纠缠的前提是量子叠加态,一旦你要进行信息传递的操作,叠加态就会坍缩,因此并无法实现信息的传递。所以,这个理论本质上是用来加密的。
当然,还有一种超光速,我们姑且叫做影子和光斑。那就是你拿激光照射超远距离的天体,比如说就月球,这时候月球上就有光斑,然后你瞬间晃动一下方向,这时候,这个光斑会瞬间移动其他地方,比如说:墙上,这时候光斑的移动速度其实也超光速了,但是同样的,它并没有办法传递任何信息。
再比如:卡西米尔效应,说的是你把两个不带电的导体板平行放得非常得接近,这时这两块板子之间会有非常微弱的力,这个力还能被测量,这就被叫做卡西米尔效应,它是由真空能引起的。经过理论计算,我们可以知道,在两块板子之间的横行运动的光子的速度要比光速大一点。不过呢,实际上,卡西米尔效应也没办法超光速通信。
除了这些,其实还有不少,这里就不一一列举了。
同一介质下超越光速
在核反应堆中存在一种蓝光,科学家发现,这是一种电磁辐射,它在介质中运动的点和速度可以超过在同样是在这介质中的光速,这种辐射就叫做契伦科夫辐射。不过,这里我们要记住一点,那就是这个辐射并没有超过真空中的光速c,它只是超过了水中的光速,也就是75%的光速。
常见的伪超光速
实际上,我们还经常听到别人说的超光速,实际上并没有超光速的粒子。这其中就属“中微子”的情况最多。最近的一次实际上是实验人员的操作失误。还有个比较有名的,但其实也早被证实是“伪超光速”的是发生在1987年2月23日晚上的,编号为SN1987A的天体发生了一场超新星爆炸,当时中微子比光子早到地球3小时,于是,很多人号称找到了超光速的证据。(因为中微子是有静止质量的。)
但实际上,这个只能说明超新星模型预测得还是有点准的。这是因为引力在坍缩之前,强烈地挤压了电子和质子之间的空间,然后这当中的电子简并力没办法抵抗。于是就发生了电子进入原子核,电子和质子转变成中子,释放出中微子。然后由于引力的作用下,恒星的内核发生了极其剧烈的核聚变反应,才产生的光子。所以,整个过程,实际上是光子的产生要晚于中微子导致的,而不是中微子超光速。
关于,超光速的内容,就说到这里。