近报 -21版:新知-2018年03月02日

　　光在一秒内走过的距离也因膨胀而增长了,实际上光在一秒内走过了更长的距离,但由于我们测量光走过距离的尺子也相应变长了,我们也就无法测出光速其实变大了。

　　虽然爱因斯坦说,宇宙中没有比光速更快的速度,但是今天的物理学家经常谈论一些超光速现象,这些超光速到底是真是假?爱因斯坦的相对论错了吗?
“钟慢尺缩”效应
　　爱因斯坦认为任何物体若接近光速运动,都会出现明显的“钟慢尺缩”效应。就是说,当飞船接近光速行驶时,在地球人看来,飞船上的时间变慢了,变慢的程度与飞船的速度有关,飞船的速度越是接近光速,时间变得就越慢。
　　飞船上的人虽然觉得自己的时间没有什么变化,但他会感觉飞行距离变短了,地球人看到的1千米,宇航员则感觉或许只有0.1千米。同样,距离变短的程度也是与飞船的速度有关。
　　假设有一位宇航员现在20岁,他的寿命大限为59岁,假设星球B距离地球上千光年,但他却能到达星球B再返回。在地球人来看,时间过了几千年,宇航员活了或许有几千岁,而宇航员会认为他只活了59岁。之所以能到达星球B,是因为星球B的距离根本就没有地球人说的那么远,也就是十几光年的样子,因此在他39年的宇航生涯中能够在地球和星球B之间飞个来回。但当他真的返回地球的时候,他就会惊讶地发现,地球上的时间已经过去了20个世纪了。
　　这就是宇航员的超光速感受,这种感受与上述科学家面对近光速运动的粒子时的困惑是一样的。但这实际上是钟慢尺缩效应引起的,并不是真的在超光速运动。
借助虫洞实现超光速时空穿梭
　　爱因斯坦虽然在狭义相对论中规定宇宙中速度的上限是光速,但是在广义相对论中,却隐含了一种时空弯曲引起的超光速现象。“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。从虫洞中穿越的飞船,其速度在人看来,很可能超过光速很多倍。甚至通过虫洞,可以一步从这个宇宙踏入另一个宇宙。但如果光按部就班地传播,从这个宇宙到另一个宇宙则要千百亿年呢。
　　宇宙是非常复杂的,宇宙中的时空不知会弯曲成什么样子,因此从A点到B点,可能会有很多条路线,选择捷径,就可以让飞船的速度超过光速。
　　现在有一种负能量的概念,被负能量包围的飞船可以对时空造成很大的影响,飞船前进时,可以让前面的时空收缩,后面的时空膨胀,相当于被负能量包围的飞船在时空中走了捷径,在地球上的人看来,飞船速度也是超光速的。但我们追究飞船的实际速度,也还是没有超过光速。
转动导致超光速
　　阴天的夜晚,把手电筒朝向天空照射,我们会看到云朵上手电筒光束留下的光斑。如果晃动手电筒,天上的光斑就会快速移动,其速度要比我们晃动手电筒的速度快千万倍。如果把手电筒换成地球卫星上的激光器,把云朵换成远方的水星,那么,激光器发出的激光扫过水星的速度,能不能超越光速呢?
　　当地球与水星位于太阳的同一侧时,水星与地球的最近距离约为1亿千米,也就是激光器扫过水星的半径至少是1亿千米,那么激光器转动的速度只需要大于36度/秒,就可以让激光光斑扫过水星的速度大于光速。但实际上,这不能算是真正的超光速,因为它不是同一束光子在水星上的运动,而是不同的光子掠过水星,每个光子到水星的速度还是没有超光速。
　　宇宙的超光速膨胀
　　何为真正意义的超光速?
　　科学家认为,宇宙膨胀的速度可能不会受到光速的限制,会出现真正的超光速。
　　根据宇宙大爆炸理论,宇宙是从一个小点发生爆炸产生的,据计算,爆炸的最初,宇宙膨胀的速度就超过了光速。现在,科学家又告诉我们宇宙在加速膨胀,而且根据哈勃望远镜的观测发现,距离地球越远的宇宙空间,其膨胀的速度越快。这很容易理解,就像气球的半径越大,它上面的黑点之间相互远离的速度就越快。那么在距离地球足够远的地方之外,宇宙膨胀的速度是不是超过了光速?
　　目前的宇宙在膨胀之中,如果宇宙中各种物体的比例和形状都不会变化,那么宇宙的膨胀,就是宇宙中的各个物体尺寸都是均匀地增大,也就是我们在增大,我们周围的物体在增大,我们用的量尺也在增大,但是用量尺去测量,我们还是那么高,物体大小还是那么大,我们感觉不到我们在膨胀。但实际上我们的尺寸已经随着宇宙的膨胀而增大了。
　　如果牵扯到光速,那就是光在一秒内走过的距离也因膨胀而增长了,实际上光在一秒内走过了更长的距离,但由于我们测量光走过距离的尺子也相应变长了,我们也就无法测出光速其实变大了。
微观粒子的超光速感应
　　超光速现象不仅可能存在于宇宙膨胀这么大的范围,还可以在微观的粒子身上观察到。
　　量子力学领域有一个被爱因斯坦称之为“鬼魅似的远距作用”的量子纠缠现象——如果两个电子通过某种方式实现了相互纠缠,那么当把这两个电子分开非常远的距离,即使它们相互之间分开几光年远,如果其中一个电子被刺激而改变了行为方式,那么几光年远的那个电子也会相应改变行为方式,这两个电子的行为改变几乎是瞬间的,不需要时间的,就像这两个电子之间存在幽灵感应一般。这种量子状态不能传递正常的信息,只能传递有关量子状态的信息。
神秘又神奇的快子
　　美国物理学家温伯格认为,既然宇宙中存在运动速度永远小于光速的普通粒子,宇宙中也应该存在速度永远大于光速的粒子,他把这种粒子叫做“快子”。
　　这种粒子真是太怪异了,我们无法想象,当然现在也还没有探测到这种怪异粒子。不过,幽灵般的中微子引起了一些科学家的惊讶,所有恒星都会抛出大量中微子,但是它却难以被捕捉,说明组成它的物质非同一般,人们甚至还探测到了它的超光速迹象。它的质量问题也很扑朔迷离,它会不会是科学家预言的一种快子呢?
　　还有一种东西也可能是快子。我们在利用牛顿引力定律计算星球引力时,总是想当然地认为两颗星球之间的引力是瞬间变化,瞬间传递的,两颗相互绕转的星球之间相距多么遥远,我们都从来没有考虑过引力的传播需要时间的问题。既然我们的计算没有问题,就说明引力的传播速度非常快,就好像瞬时一样。
　　科学家估计,引力的速度可能超过光速的万亿倍。引力的本质、引力的速度对于我们来说都还是个谜。如果引力的传播需要粒子的话,那么这种传递引力的粒子很可能就是一种快子。
　　以上几例真正的超光速如果真的在宇宙中存在,必然对于目前的物理学具有颠覆性的影响,宇宙的面貌在我们眼中将变得更加光怪陆离。　　　　　　　　　　　　　据《大科技》