人們對(duì)于速度低于光速的物質(zhì)粒子了解甚多,而對(duì)速度高于光速的物質(zhì)粒子——“快子”卻知之甚少。
自愛因斯坦的相對(duì)論發(fā)表以來,人類的進(jìn)步和思想就被限定在一個(gè)數(shù)值上——光速。
愛因斯坦于1905年發(fā)表俠義相對(duì)論稱,在真空環(huán)境中,宇宙中沒有任何物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度可以超過光速。這已經(jīng)成為人們理解宇宙和時(shí)間的理論依據(jù),同時(shí)也是現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)之一。
相對(duì)論以光速不變?yōu)榍疤幔贸鲂畔⒌膫鞑ニ俣炔豢赡鼙裙馑倏爝@個(gè)結(jié)論,因?yàn)橘|(zhì)能等價(jià),物體運(yùn)動(dòng)速度越接近光速,物體質(zhì)量就會(huì)越大,將它加速就需要更多的能量,那就意味著物體的質(zhì)量將變得無限大,必須有足夠多的能量才能做到,所以它的速速永遠(yuǎn)不能超過光速。那為什么快子可以超光速呢?
其實(shí)相對(duì)論并不違反快子的存在,而是禁止超越光速。換句話說就是亞光速的永遠(yuǎn)亞光速,超光速的永遠(yuǎn)超光速。如果將快子也包括進(jìn)來的話,光速就是一種速度的屏障或者壁壘。
不過在已知宇宙中,還是有兩個(gè)速度是超過光速的,一個(gè)是宇宙誕生時(shí)的暴脹速度,一個(gè)是遙遠(yuǎn)的星系,正在以超光速離我們而去。這點(diǎn)和相對(duì)論并不矛盾,相對(duì)論限制的物體在空間的運(yùn)動(dòng)速度,并不包括空間自身膨脹。
那么宇宙中究竟有沒有實(shí)際存在的物體,其運(yùn)動(dòng)速度超過光速呢?
1676年,丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默測(cè)定光速是每秒22萬公里,盡管比實(shí)際數(shù)值低了26%,但無疑具有重要的開創(chuàng)意義。而后,英國物理學(xué)家麥克斯韋建立電磁理論,才有了光傳播的正確理論。為愛因斯坦的相對(duì)論革掉牛頓絕對(duì)宇宙觀開響了第一槍。
在上世紀(jì)七十年代前后,射電天文學(xué)家卻發(fā)現(xiàn),宇宙中有4個(gè)致密的河外類星體射電源。射電星體有時(shí)會(huì)拋出射電星云——設(shè)電子源,這似乎是一次猛烈爆炸引起的,它們彼此高速分離,其中大約有半數(shù)達(dá)到光速的5-10倍。但最近的研究表明,這些超光速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象只是視“超光速”想象。起因于類星體發(fā)出的與觀測(cè)者視線方向夾角很小的亞光速噴流,實(shí)際上并沒有超過光速。
對(duì)于這些難以解釋的現(xiàn)象,美國和西德的一些科學(xué)家經(jīng)過十多年的認(rèn)真觀測(cè)和數(shù)據(jù)的積累,令人信服地證實(shí)他們的觀測(cè)是真實(shí)的:超光速粒子在茫茫宇宙中是客觀存在的。面對(duì)這種出乎意料的結(jié)果,各種假設(shè)、猜測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。
1967年美國哥倫比亞大學(xué)范伯格提出一種假設(shè),如果宇宙空間中存在由超光速的粒子組成的宇宙,在這種由超光速的粒子組成的宇宙空間中,能量為零的粒子是以無窮大速度運(yùn)動(dòng)的,若獲得的能量越多,反而運(yùn)動(dòng)速度越慢,當(dāng)獲得無窮大的能量時(shí),速度才減到光速。這種情況剛好與我們這個(gè)宇宙相反。
在快子組成的宇宙中,任何情況下,超光速粒子都比光速運(yùn)動(dòng)得快,在我們宇宙中,任何一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度都比光速慢。由此可見,光速是兩個(gè)宇宙的分水嶺。如果一個(gè)快子在真空中運(yùn)行,則它經(jīng)過時(shí)將會(huì)留下一道可以探測(cè)的光跡。
2000年7月,英國的《自然》雜志發(fā)表了一篇關(guān)于“超光速”實(shí)驗(yàn)的論文,在介質(zhì)中使光脈沖的群速度超過真空中光速c,引起了人們對(duì)超光速到底是否存在的討論,但并沒有證實(shí)超光速的存在。
量子糾纏現(xiàn)象也是量子力學(xué)中另一大重要的發(fā)現(xiàn),這種同步的糾纏現(xiàn)象是超過光速的,量子糾纏雖然是超過光速的,但是糾纏在一起的兩個(gè)粒子本身并沒有發(fā)生信息的傳遞,沒有發(fā)生信息的傳遞就不會(huì)超過光速,所以愛因斯坦的理論依然是正確的。
從目前出現(xiàn)的一些現(xiàn)象來看,超光速粒子是可能存在的。
2011年9月23日,在歐洲核子研究中心(CERN),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了意料之外的現(xiàn)象:被送往732公里之外Gran Sasso實(shí)驗(yàn)室的中微子們比光速快了60納秒到達(dá)。用更大的數(shù)字來表示,就是光速299,792,458m/s,而他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中檢測(cè)到中微子速度是299,799,953m/s。
這一數(shù)值雖然只有10納秒只差,但這一發(fā)現(xiàn)一旦得到證實(shí),將會(huì)給物理界帶來巨大的變動(dòng)。
據(jù)英國《每日郵報(bào)》網(wǎng)站2011年11月18日?qǐng)?bào)道,歐洲核子研究中心的物理學(xué)家們?nèi)涨霸俣韧品肮馑僮羁臁钡恼f法,他們通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)證明中微子的飛行速度的確可以超過光速,這很有可能會(huì)顛覆支撐現(xiàn)代物理學(xué)的愛因斯坦相對(duì)論。
一些物理學(xué)家指出,一旦有些粒子確實(shí)被證實(shí)跑過了光速,那將徹底改變?nèi)祟悓?duì)整個(gè)宇宙存在的看法,甚至改變?nèi)祟惔嬖诘哪J健?/p>
突破光速不是兒戲,需要科學(xué)家們慎之又慎的反復(fù)測(cè)驗(yàn),快子的存在是很令人神往的,科學(xué)家們都希望能快點(diǎn)捕捉到快子的存在。
一旦發(fā)現(xiàn)了快子的存在,人們或許可以利用它去穿越時(shí)空或去未來旅行,也可能實(shí)現(xiàn)超光速通信。
至今“快子”只是理論上的假想物質(zhì),目前為止沒有任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明“快子”的的存在。
可能正如牛頓的那句話:“真理就像大海一樣,但在我自己看來,我不過就象是一個(gè)在海邊玩耍的小孩,不時(shí)發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼,而對(duì)于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋,卻全然沒有發(fā)現(xiàn)?!?/p>
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