1905年爱因斯坦给出狭义相对论后,人类认识到物质的运动速度不能超过光速,能量的传播速度不能超过光速,信息的传递速度也不能超过光速。除此之外,相对论并没有限制其他速度超光速。在学术文献库中检索“超光速”可以搜到很多专业的研究论文,那些超光速没有一例违反相对论。
比较常见的超光速例子有很多。量子纠缠可以超光速,甚至是远超光速的“鬼魅般的超距作用”,对纠缠的两个粒子中的一个进行测量,另外一个粒子会同时变为相应的状态,不论它们之间的距离是多少。宇宙空间的碰撞速度也是超光速的,宇宙可观测直径超过900亿光年,而宇宙的年龄大约才138亿年。
在文献中、论文检索中经常能够看到相速超光速。相速和群速是波的两个速度,相速代表相位的速度。比如麦田里的麦浪在风的作用下不断起伏,看起来像是麦子运动到了远方,实际上麦子仍然扎根在田地里。这里麦浪向前的速度就相当于是相速度,它不是代表能量或物质向前传递的速度。
在正常色散的情况下,信息向前传递的速度是群速度,在这里这个速度不能超过光速。只有在反常色散的情况下,群速度才有可能超过光速,因为那时候群速度已经没有了物理意义,不代表信息的传递速度,超过了光速也不会对相对论有任何影响。
如果你觉得相速度、群速度不怎么好理解,那我可以告诉你一个简单的超光速例子。拿一只激光笔照向月球,这样月球上会形成一个光斑。这时你迅速转动你的手腕,让激光投射到你脚下的地板上,此时光斑到达了地板上。从月球到你的脚下距离大约是38万千米,如果你转动手臂所用的时间不超过1秒,光斑从月球到达你脚下的速度就超过了光速。当然这个超光速也不能传递信息,也并没有违背相对论。
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