以目前的科學(xué)定論光速是最快的速度，而同時(shí)物質(zhì)的相對(duì)為反物質(zhì)，我們假設(shè)我們以一種超過了光速的的速度來前進(jìn)，我們會(huì)不會(huì)到達(dá)反物質(zhì)的世界呢
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"超光速"實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)愛因斯坦相對(duì)論千龍新聞網(wǎng)訊 在科學(xué)界具有權(quán)威聲譽(yù)的《自然》雜志20日發(fā)表專文，介紹普林斯頓研究員王利軍的“超光速”實(shí)驗(yàn)，并探討該實(shí)驗(yàn)是否推翻愛因斯坦的相對(duì)論以及因果定律。《自然》雜志的文章說，教科書上稱沒有事物可以超過光速，甚至光本身也不能。然而新的實(shí)驗(yàn)顯示這不再正確，從而引發(fā)人們爭(zhēng)論到底可以以多大的速度傳遞信息。文章說，物理學(xué)家很久以來就在思考光脈沖是否可以超過光速。如果是這樣，那將推翻愛因斯坦的相對(duì)論和“原因總在結(jié)果之前”的因果定律。然而在近20年，物理學(xué)家已經(jīng)能夠在短距離內(nèi)使光脈沖的速度超過光速，但該光脈沖同時(shí)被嚴(yán)重扭曲，從而使研究人員無法解釋這類實(shí)驗(yàn)。《自然》雜志說，今年5月，Mugnai使微波脈沖在幾十厘米的距離內(nèi)以超過光速7%的速度傳播。王利軍則報(bào)告了更大規(guī)模的超光速現(xiàn)象。他使可見光脈沖在特定媒介中的傳播速度為負(fù)數(shù)：-c/310。這意味這光脈沖的速度不僅超過光速，而且脈沖的尖峰(the peak of the pulse)在進(jìn)入媒介之前就已經(jīng)從另一端出來。文章說，數(shù)值為負(fù)數(shù)的速度可以這樣理解：假設(shè)光脈沖以光速c穿過距離為L(zhǎng)的媒介，它所用的時(shí)間為T=L/c。它以大于光速c的速度v穿過同樣距離L所用的時(shí)間為T=L/v。兩者相減得到不同速度產(chǎn)生的時(shí)間差T=L/v-L/c為負(fù)數(shù)，即光脈沖尖峰從媒介中出來的時(shí)刻在進(jìn)入媒介的時(shí)刻之前。這就好象一首詩(shī)中所描述的：“有個(gè)名叫布萊特的女士，她走起路來比光還快。她有天出門開始相對(duì)旅行，卻在頭天晚上就回到家來。”《自然》雜志文章說，王利軍聲稱他的超光速實(shí)驗(yàn)并沒有違反因果律。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的超光速現(xiàn)象是光波本身性質(zhì)造成的。沒有任何信息或信號(hào)以超光速傳播。在實(shí)驗(yàn)中，王利軍使用平滑的波型明確的光脈沖(smooth, well-defined light pulses)，它的發(fā)生在時(shí)間上要早得多，這是符合因果律的。光脈沖中的突出性質(zhì)不能夠比光傳播得快(An abrupt feature in the light pulse would not be able to travel faster than c)。這意味著即使“結(jié)果”看起來發(fā)生在“原因”前面，人們?nèi)耘f不能用它來傳播有用的信息，比如預(yù)告一樁即將發(fā)生的交通事故。文章解釋說，一個(gè)光脈沖有特定的持續(xù)時(shí)間，這就是物理學(xué)廣為人知的帶寬定律。要產(chǎn)生一個(gè)特定時(shí)間長(zhǎng)度的光脈沖，無數(shù)不同頻率的光波必須疊加起來。光脈沖越短，需要的頻率帶寬就越大。所有的光脈沖都是由不同頻率的光波組合而成的，每一個(gè)光波都有不同的波幅(amplitude)和相位(phase)。各個(gè)光波的傳播速度各不相同，每一特定頻率的光波速度稱為相速度(phase velocity)，而該光脈沖的尖峰部分的傳播速度稱為群速度(group velocity)。在真空中相速度與群速度是一致的，但是在具有高度吸收性和彌散性(highly absorbing and dispersive)的媒介中兩者是不一致的。當(dāng)光脈沖內(nèi)不同頻率的光波其相位受媒介影響產(chǎn)生移動(dòng)(shift)時(shí)，它在媒介出口處形成的光波包(wavepacket)在時(shí)間上就要比通過真空傳播的光脈沖提前(is brought forward in time)，從而產(chǎn)生為負(fù)數(shù)的群速度。《自然》雜志說，在王利軍的實(shí)驗(yàn)中，構(gòu)成光脈沖的不同頻率部分(different frequency components)在媒介中經(jīng)歷了輕微的彌散(dispersion)，其相對(duì)相位(relative phases)被改變，脈沖形狀產(chǎn)生移動(dòng)(the pulse shape is shifted)，從而使脈沖光波包(pulse wavepacket)或群速度在時(shí)間上提前。非正常彌散導(dǎo)致光脈沖內(nèi)不同頻率部分相互干擾，從而產(chǎn)生超光速效應(yīng)。盡管這看起來很令人驚奇，但這種現(xiàn)象并沒有違反因果定律。對(duì)于超光速傳遞信息，《自然》雜志文章解釋說，傳統(tǒng)上人們通常把光脈沖傳播信號(hào)的速度定義為光波上升一側(cè)處于峰值一半的點(diǎn)的傳播速度(the speed at which the half peak-intensity point on the rising edge of the waveform tranvels)。在王利軍的實(shí)驗(yàn)中，這一速度超過了光速。然而，有些研究者認(rèn)為，光脈沖傳遞信息的真正速度并不是平滑脈沖的群速度，而是波型中一個(gè)突變的臺(tái)階狀部分的傳播速度(the speed at which a sudden step-like feature in the waveform travels)。這一速度迄今還沒有超過光速c。物理學(xué)界對(duì)于什么是光脈沖運(yùn)載信息的真正速度還存在爭(zhēng)論。 千龍新聞網(wǎng) 2000年7月20日 相對(duì)論和超光速FAQ 人們所感興趣的超光速，一般是指超光速傳遞能量或者信息。根據(jù)狹義相對(duì) 論，這種意義下的超光速旅行和超光速通訊一般是不可能的。目前關(guān)于超光速的爭(zhēng)論，大多數(shù)情況是某些東西的速度的確可以超過光速，但是不能用它們傳遞能量或者信息。但現(xiàn)有的理論并未完全排除真正意義上的超光速的可能性。 首先討論第一種情況：并非真正意義上的超光速。 1。切倫科夫效應(yīng)媒質(zhì)中的光速比真空中的光速小。粒子在媒質(zhì)中的傳播速度可能超過媒質(zhì)中的光速。在這種情況下會(huì)發(fā)生輻射，稱為切侖科夫效應(yīng)。這不是真正意義上的超光速，真正意義上的超光速是指超過真空中的光速。 2。第三觀察者如果A相對(duì)于C以0。6c的速度向東運(yùn)動(dòng)，B相對(duì)于C以0。6c的速度向西運(yùn)動(dòng)。對(duì)于C來說，A和B之間的距離以1。2c的速度增大。這種"速度"--兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體之間相對(duì)于第三觀察者的速度--可以超過光速。但是兩個(gè)物體相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度并沒有超過光速。在這個(gè)例子中，在A的坐標(biāo)系中B的速度是0。88c。在B的坐標(biāo)系中A的速度也是0。88c。 3。影子和光斑在燈下晃動(dòng)你的手，你會(huì)發(fā)現(xiàn)影子的速度比手的速度要快。影子與手晃動(dòng)的速度之比等于它們到燈的距離之比。如果你朝月球晃動(dòng)手電筒，你很容易就能讓落在月球上的光斑的移動(dòng)速度超過光速。遺憾的是，不能以這種方式超光速地傳遞信息。 4。剛體敲一根棍子的一頭，振動(dòng)會(huì)不會(huì)立刻傳到另一頭？這豈不是提供了一種超光速通訊方式？很遺憾，理想的剛體是不存在的，振動(dòng)在棍子中的傳播是以聲速進(jìn)行的，而聲速歸根結(jié)底是電磁作用的結(jié)果，因此不可能超過光速。(一個(gè)有趣的問題是，豎直地拎著一根棍子的上端，突然松手，是棍子的上端先開始下落還是棍子的下端先開始下落？答案是上端。) 5。相速度 光在媒質(zhì)中的相速度在某些頻段可以超過真空中的光速。相速度是指連續(xù)的(假定信號(hào)已傳播了足夠長(zhǎng)的時(shí)間，達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài))的正弦波在媒質(zhì)中傳播一段距離后的相位滯后所對(duì)應(yīng)的"傳播速度"。很顯然，單純的正弦波是無法傳遞信息的。要傳遞信息，需要把變化較慢的波包調(diào)制在正弦波上，這種波包的傳播速度叫做群速度，群速度是小于光速的。(譯者注：索末菲和布里淵關(guān)于脈沖在媒質(zhì)中的傳播的研究證明了有起始時(shí)間的信號(hào)[在某時(shí)刻之前為零的信號(hào)]在媒質(zhì)中的傳播速度不可能超過光速。) 6。超光速星系 朝我們運(yùn)動(dòng)的星系的視速度有可能超過光速。這是一種假象，因?yàn)闆]有修正從星系到我們的時(shí)間的減少(？)。 7。相對(duì)論火箭 地球上的人看到火箭以0。8c的速度遠(yuǎn)離，火箭上的時(shí)鐘相對(duì)于地球上的人變慢，是地球時(shí)鐘的0。6倍。如果用火箭移動(dòng)的距離除以火箭上的時(shí)間，將得到一個(gè)"速度"是4/3c。因此，火箭上的人是以"相當(dāng)于"超光速的速度運(yùn)動(dòng)。對(duì)于火箭上的人來說，時(shí)間沒有變慢，但是星系之間的距離縮小到原來的0。6倍，因此他們也感到是以相當(dāng)于4/3c的速度運(yùn)動(dòng)。這里問題在于這種用一個(gè)坐標(biāo)系的距離除以另一個(gè)坐標(biāo)系中的時(shí)間所得到的數(shù)不是真正的速度。 8。萬有引力傳播的速度 有人認(rèn)為萬有引力的傳播速度超過光速。實(shí)際上萬有引力以光速傳播。 9。EPR悖論 1935年Einstein,Podolski和Rosen發(fā)表了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)試圖表明量子力學(xué)的不完全性。他們認(rèn)為在測(cè)量?jī)蓚€(gè)分離的處于entangled state的粒子時(shí)有明顯的超距作用。Ebhard證明了不可能利用這種效應(yīng)傳遞任何信息，因此超光速通信不存在。但是關(guān)于EPR悖論仍有爭(zhēng)議。 10。虛粒子在量子場(chǎng)論中力是通過虛粒子來傳遞的。由于海森堡不確定性這些虛粒子可以以超光速傳播，但是虛粒子只是數(shù)學(xué)符號(hào)，超光速旅行或通信仍不存在。 11。量子隧道 量子隧道是粒子逃出高于其自身能量的勢(shì)壘的效應(yīng)，在經(jīng)典物理中這種情況不可能發(fā)生。計(jì)算一下粒子穿過隧道的時(shí)間，會(huì)發(fā)現(xiàn)粒子的速度超過光速。(Ref: T。 E。 Hartman, J。 Appl。 Phys。 33, 3427 (1962))一群物理學(xué)家做了利用量子隧道效應(yīng)進(jìn)行超光速通信的實(shí)驗(yàn)：他們聲稱以4。7c的速度穿過11。4cm寬的勢(shì)壘傳輸了莫扎特的第40交響曲。當(dāng)然，這引起了很大的爭(zhēng)議。大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，由于海森堡不確定性，不可能利用這種量子效應(yīng)超光速地傳遞信息。如果這種效應(yīng)是真的，就有可能在一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中利用類似裝置把信息傳遞到過去。 Ref:W。 Heitmann and G。 Nimtz, Phys Lett A196, 154 (1994);A。 Enders and G。 Nimtz, Phys Rev E48, 632 (1993) Terence Tao認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)不具備說服力。信號(hào)以光速通過11。4cm的距離用不了0。4納秒，但是通過簡(jiǎn)單的外插就可以預(yù)測(cè)長(zhǎng)達(dá)1000納秒的聲信號(hào)。因此需要在更遠(yuǎn)距離上或者對(duì)高頻隨機(jī)信號(hào)作超光速通信的實(shí)驗(yàn)。 12。卡西米(Casimir)效應(yīng) 當(dāng)兩塊不帶電荷的導(dǎo)體板距離非常接近時(shí)，它們之間會(huì)有非常微弱但仍可測(cè)量的力，這就是卡西米效應(yīng)。卡西米效應(yīng)是由真空能(vacuum energy)引起的。 Scharnhorst的計(jì)算表明，在兩塊金屬板之間橫向運(yùn)動(dòng)的光子的速度必須略大于光速(對(duì)于一納米的間隙，這個(gè)速度比光速大10-24。在特定的宇宙學(xué)條件下(比如在宇宙弦[cosmicstring]的附近[假如它們存在的話])，這種效應(yīng)會(huì)顯著得多。 但進(jìn)一步的理論研究表明不可能利用這種效應(yīng)進(jìn)行超光速通信。 Ref:K。 Scharnhorst, Physics Letters B236, 354 (1990)S。 Ben-Menahem, Physics Letters B250, 133 (1990)Andrew Gould (Princeton, Inst。 Advanced Study)。 IASSNS-AST-90-25Barton & Scharnhorst, J Phys A26, 2037 (1993) 13。宇宙膨脹 哈勃定理說：距離為D的星系以HD的速度分離。H是與星系無關(guān)的常數(shù)，稱為哈勃常數(shù)。距離足夠遠(yuǎn)的星系可能以超過光速的速度彼此分離，但這是相對(duì)于第三觀察者的分離速度。 14。月亮以超光速的速度繞著我旋轉(zhuǎn)！ 當(dāng)月亮在地平線上的時(shí)候，假定我們以每秒半周的速度轉(zhuǎn)圈兒，因?yàn)樵铝岭x我們385，000公里，月亮相對(duì)于我們的旋轉(zhuǎn)速度是每秒121萬公里，大約是光速的四倍多！這聽起來相當(dāng)荒謬，因?yàn)閷?shí)際上是我們自己在旋轉(zhuǎn)，卻說是月亮繞這我們轉(zhuǎn)。但是根據(jù)廣義相對(duì)論，包括旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在內(nèi)的任何坐標(biāo)系都是可用的，這難道不是月亮以超光速在運(yùn)動(dòng)嗎？ 問題在于，在廣義相對(duì)論中，不同地點(diǎn)的速度是不可以直接比較的。月亮的速度只能與其局部慣性系中的其他物體相比較。實(shí)際上，速度的概念在廣義相對(duì)論中沒多大用處，定義什么是“超光速”在廣義相對(duì)論中很困難。在廣義相對(duì)論中，甚至"光速不都需要解釋。愛因斯坦自己在《相對(duì)論：狹義與廣義理論》第76頁說“光速不變”并不是始終正確的。當(dāng)時(shí)間和距離沒有絕對(duì)的定義的時(shí)候，如何確定速度并不是那么清楚的。 盡管如此，現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為廣義相對(duì)論中光速仍然是不變的。當(dāng)距離和時(shí)間單位通過光速聯(lián)系起來的時(shí)候，光速不變作為一條不言自明的公理而得到定義。在前面所說的例子中，月亮的速度仍然小于光速，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻，它都位于從它當(dāng)前位置發(fā)出的未來光錐之內(nèi)。 15。明確超光速的定義 第一部份列舉的各種似是而非的“超光速”例子表明了定義“超光速”的困難。象影子和光斑的“超光速”不是真正意義的超光速，那么，什么是真正意義上的超光速呢？在相對(duì)論中“世界線”是一個(gè)重要概念，我們可以借助“世界線”來給“超光速”下一個(gè)明確定義。 什么是“世界線”？我們知道，一切物體都是由粒子構(gòu)成的，如果我們能夠描述粒子在任何時(shí)刻的位置，我們就描述了物體的全部“歷史”。想象一個(gè)由空間的三維加上時(shí)間的一維共同構(gòu)成的四維空間。由于一個(gè)粒子在任何時(shí)刻只能處于一個(gè)特定的位置，它的全部“歷史”在這個(gè)四維空間中是一條連續(xù)的曲線，這就是“世界線”。一個(gè)物體的世界線是構(gòu)成它的所有粒子的世界線的集合。 不光粒子的歷史可以構(gòu)成世界線，一些人為定義的“東西”的歷史也可以構(gòu)成世界線，比如說影子和光斑。影子可以用其邊界上的點(diǎn)來定義。這些點(diǎn)并不是真正的粒子，但它們的位置可以移動(dòng)，因此它們的“歷史”也構(gòu)成世界線。 四維時(shí)空中的一個(gè)點(diǎn)表示的是一個(gè)“事件”，即三個(gè)空間坐標(biāo)加上一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)。任何兩個(gè)“事件”之間可以定義時(shí)空距離，它是兩個(gè)事件之間的空間距離的平方減去其時(shí)間間隔與光速的乘積的平方再開根號(hào)。狹義相對(duì)論證明了這種時(shí)空距離與坐標(biāo)系無關(guān)，因此是有物理意義的。 時(shí)空距離可分三類：類時(shí)距離：空間間隔小于時(shí)間間隔與光速的乘積；類光距離：空間間隔等于時(shí)間間隔與光速的乘積；類空距離：空間間隔大于時(shí)間間隔與光速的乘積。 下面我們需要引入“局部”的概念。一條光滑曲線，“局部”地看，非常類似一條直線。類似的，四維時(shí)空在局部是平直的，世界線在局部是類似直線的，也就是說，可以用勻速運(yùn)動(dòng)來描述，這個(gè)速度就是粒子的瞬時(shí)速度。光子的世界線上，局部地看，相鄰事件之間的距離都是類光的。在這個(gè)意義上，我們可以把光子的世界線說成是類光的。 任何以低于光速的速度運(yùn)動(dòng)的粒子的世界線，局部的看，相鄰事件之間的距離都是類時(shí)的。在這個(gè)意義上，我們可以把這種世界線說成是類時(shí)的。而以超光速運(yùn)動(dòng)的粒子或人為定義的“點(diǎn)”，它的世界線是類空的。這里說世界線是類空的，是指局部地看，相鄰事件的時(shí)空距離是類空的。 因?yàn)橛锌赡艽嬖趶澢臅r(shí)空，有可能存在這樣的世界線：局部地看，相鄰事件的距離都是類時(shí)的，粒子并沒有超光速運(yùn)動(dòng)；但是存在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)事件，其時(shí)空距離是類空的。這種情況算不算超光速呢？ 這個(gè)問題的意義在于說明既可以定義局部的“超光速”，也可以定義全局的“超光速”。即使局部的超光速不可能，也不排除全局超光速的可能性。全局超光速也是值得討論的。 總而言之，“超光速”可以通過類空的世界線來定義，這種定義的好處是排除了兩個(gè)物體之間相對(duì)于第三觀察者以“超光速”運(yùn)動(dòng)的情況。 下面來考慮一下什么是我們想超光速傳送的“東西”，主要目的是排除“影子”和“光斑”之類沒用的東西。粒子、能量、電荷、自旋、信息是我們想傳送的。有一個(gè)問題是：我們?cè)趺粗纻魉偷臇|西還是原來的東西？這個(gè)問題比較好辦，對(duì)于一個(gè)粒子，我們觀察它的世界線，如果世界線是連續(xù)的，而且沒有其他粒子從這個(gè)粒子分離出來，我們就大體可以認(rèn)為這個(gè)粒子還是原來那個(gè)粒子。 顯然，傳送整個(gè)物體從技術(shù)上來講要比傳送信息困難得多。現(xiàn)在我們已經(jīng)可以毫無困難地以光速傳遞信息。從本質(zhì)上講，我們只是做到了把信息放到光子的時(shí)間序列上去和從光子的時(shí)間序列中重新得到人可讀的信息，而光子的速度自然就是光速。 類似地，假如快子(tachyons，理論上預(yù)言的超光速粒子)真的存在的話，我們只需要發(fā)現(xiàn)一種能夠控制其產(chǎn)生和發(fā)射方向的技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)超光速通信。 極其可能的是，傳送不同的粒子所需要的代價(jià)是極其不同的，更經(jīng)濟(jì)的辦法是采用復(fù)制技術(shù)。假如我們能夠得到關(guān)于一個(gè)物體的全部信息，并且我們掌握了從這些信息復(fù)制原物體的技術(shù)，那么超光速通信與超光速旅行是等價(jià)的。 科幻小說早就有這個(gè)想法了，稱之為遠(yuǎn)距離傳真(teleport)。簡(jiǎn)單的說，就是象傳真一樣把人在那邊復(fù)制一份，然后把這邊的原件銷毀，就相當(dāng)于把人傳過去了。當(dāng)然問題是象人這種有意識(shí)的復(fù)雜物體能否復(fù)制。 16。無限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是靜止質(zhì)量為m的粒子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量。很顯然，速度越高能量越大。因此要使粒子加速必須要對(duì)它做功，做的功等于粒子能量的增加。注意當(dāng)v趨近于c時(shí)，能量趨于無窮大，因此以通常加速的方式使粒子達(dá)到光速是不可能的，更不用說超光速了。 但是這并沒有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。粒子可以衰變成其他粒子，包括以光速運(yùn)動(dòng)的光子(光子的靜止質(zhì)量為零，因此雖以光速運(yùn)動(dòng)，其能量也可以是有限值，上述公式對(duì)光子無效)。衰變過程的細(xì)節(jié)無法用經(jīng)典物理學(xué)來描述，因此我們無法否定通過衰變產(chǎn)生超光速粒子的可能性(？) 另一種可能性是速度始終高于光速的粒子。既然有始終以光速運(yùn)動(dòng)的光子，有始終以低于光速的速度運(yùn)動(dòng)的粒子，為什么不會(huì)有始終以高于光速的速度運(yùn)動(dòng)的粒子呢？問題是，如果在上述公式中vc，要么能量是虛數(shù)，要么質(zhì)量是虛數(shù)。假如存在這樣的粒子，虛數(shù)的能量與質(zhì)量有沒有物理意義呢？應(yīng)該如何解釋它們的意義？能否推出可觀測(cè)的預(yù)言？只要找到這種粒子存在的證據(jù)，找到檢測(cè)這種粒子的方法，找到使這種粒子的運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的方法，就能實(shí)現(xiàn)超光速通信。 17。量子場(chǎng)論 到目前為止，除引力外的所有物理現(xiàn)象都符合粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。標(biāo)準(zhǔn)模型是一個(gè)相對(duì)論量子場(chǎng)論，它可以描述包括電磁相互作用、弱相互作用、強(qiáng)相互作用在內(nèi)的三種基本相互作用以及所有已觀測(cè)到的粒子。根據(jù)這個(gè)理論，任何對(duì)應(yīng)于兩個(gè)在有類空距離的事件處所作物理觀測(cè)的算子是對(duì)易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。 原則上講，這意味著任何作用不可能以超過光速的速度傳播。但是，沒有人能證明標(biāo)準(zhǔn)模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它實(shí)際上確實(shí)不是自洽的。無論如何，它不能保證將來不會(huì)發(fā)現(xiàn)它無法描述的粒子或相互作用。也沒有人把它推廣到包括廣義相對(duì)論和引力。很多研究量子引力的人懷疑關(guān)于因果性和局域性的如此簡(jiǎn)單的表述能否作這樣的推廣。總而言之，在將來更完善的理論中，無法保證光速仍然是速度的上限。 18。祖父悖論(因果性) 反對(duì)超光速的最好證據(jù)恐怕莫過于祖父悖論了。根據(jù)狹義相對(duì)論，在一個(gè)參考系中超光速運(yùn)動(dòng)的粒子在另一坐標(biāo)系中有可能回到過去。因此超光速旅行和超光速通信也意味著回到過去或者向過去傳送信息。如果時(shí)間旅行是可能的，你就可以回到過去殺死你自己的祖父。這是對(duì)超光速?gòu)?qiáng)有力的反駁。但是它不能排除這種可能性，即我們可能作有限的超光速旅行但不能回到過去。另一種可能是當(dāng)我們作超光速旅行時(shí)，因果性以某種一致的方式遭到破壞。 總而言之，時(shí)間旅行和超光速旅行不完全相同但有聯(lián)系。如果我們能回到過去，我們大體上也能實(shí)現(xiàn)超光速旅行。 第三部份：未定論的超光速的可能性 19。快子(tachyon) 快子是理論上預(yù)言的粒子。它具有超過光速的局部速度(瞬時(shí)速度)。它的質(zhì)量是虛數(shù)，但能量和動(dòng)量是實(shí)數(shù)。有人認(rèn)為這種粒子無法檢測(cè)(譯注：那這種預(yù)言有什么意義:-)，但實(shí)際未必如此。影子和光斑的例子就說明超過光速的東西也是可以觀測(cè)到的。 目前尚無快子存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，絕大多數(shù)人懷疑它們的存在。有人聲稱在測(cè)Tritium貝塔衰變放出的中微子質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)中有證據(jù)表明這些中微子是快子。這很讓人懷疑，但不能完全排除這種可能。 快子理論的問題，一是違反因果性，二是快子的存在使真空不穩(wěn)定。后者可以在理論上避免，但那樣就無法實(shí)現(xiàn)我們想要得超光速通信了。 實(shí)際上，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為快子是場(chǎng)論的病態(tài)行為的表現(xiàn)，而公眾對(duì)于快子的興趣多是因?yàn)樗鼈冊(cè)诳苹米髌分谐霈F(xiàn)得次數(shù)很多。 20。蟲洞 關(guān)于全局超光速旅行的一個(gè)著名建議是利用蟲洞。蟲洞是彎曲時(shí)空中連接兩個(gè)地點(diǎn)的捷徑，從A地穿過蟲洞到達(dá)B地所需要的時(shí)間比光線從A地沿正常路徑傳播到B地所需要的時(shí)間還要短。蟲洞是經(jīng)典廣義相對(duì)論的推論，但創(chuàng)造一個(gè)蟲洞需要改變時(shí)空的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這在量子引力論中是可能的。 開一個(gè)蟲洞需要負(fù)能量區(qū)域，Misner和Thorn建議在大尺度上利用Casimir效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)能量區(qū)域。Visser建議使用宇宙弦。這些建議都近乎不切實(shí)際的瞎想。具有負(fù)能量的怪異物質(zhì)可能根本就無法以他們所要求的形式存在。 Thorn發(fā)現(xiàn)如果能創(chuàng)造出蟲洞，就能利用它在時(shí)空中構(gòu)造閉合的類時(shí)世界線，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行。有人認(rèn)為對(duì)量子力學(xué)的多重性(multiverse)解釋可以用來消除因果性悖論，即，如果你回到過去，歷史就會(huì)以與原來不同的方式發(fā)生。Hawking認(rèn)為蟲洞是不穩(wěn)定的，因而是無用的。但蟲洞對(duì)于思想實(shí)驗(yàn)仍是一個(gè)富有成果的區(qū)域，可以用來澄清在已知的和建議的物理定律之下，什么是可能的，什么是不可能的。 Refs:W。 G。 Morris and K。 S。 Thorne, American Journal of Physics 56, 395-412 (1988)W。 G。 Morris, K。 S。 Thorne, and U。 Yurtsever, Phys。 Rev。 Letters 61, 1446-9 (1988)Matt Visser, Physical Review D39, 3182-4 (1989)see also "Black Holes and Time Warps" Kip Thorn, Norton & co。 (1994)For an explanation of the multiverse see, "The Fabric of Reality" David Deutsch,Penguin Press。 21。曲相推進(jìn)(warp drive) 曲相推進(jìn)是指以特定的方式讓時(shí)空彎曲，從而使物體超光速運(yùn)動(dòng)。MiguelAlcubierre因?yàn)樘岢隽艘环N能實(shí)現(xiàn)曲相推進(jìn)的時(shí)空幾何結(jié)構(gòu)而知名。時(shí)空的彎曲使得物體能以超光速旅行而同時(shí)保持在一條類時(shí)世界線上。跟蟲洞一樣，曲相推進(jìn)也需要具有負(fù)能量密度的怪異物質(zhì)。即使這種物質(zhì)存在，也不清楚具體應(yīng)如何布置這些物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)曲相推進(jìn)。 。
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如果能超光速, 在我??身?可能感覺不到它能超前, 但在大的星體之間,??莧菀裝l現(xiàn)它的存在. 也就如我??所說的返回到過去.
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如果這種假設(shè)條件成立的話，是可以的。不過，這種假設(shè)條件是不成立的！任何假設(shè)條件都應(yīng)該在可能的情況下提出來，如果完全沒有可能的話，提出假設(shè)條件就沒有了任何意義，想知道這種情況下的結(jié)果的話，就更加沒有意義了。
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