有什么东西比光速还快吗？

人们对超光速感兴趣，一般是指能量或信息的超光速传输。根据狭义相对论，超光速旅行和这种意义上的超光速通信一般是不可能的。目前关于超光速的争论大多是，有些东西的速度确实可以超过光速，但不能用来传递能量或信息。但是现有的理论并没有完全排除真正意义上的超光速的可能性。

先讨论第一种情况:不是真正意义上的超光速。

1。光在切伦科夫效应介质中的速度比在真空中的速度小。粒子在介质中的传播速度可能超过光速。在这种情况下，会发生辐射，这就是切伦科夫效应。这不是真正意义上的超光速，真正意义上的超光速是指在真空中超过光速。

2。第三个观察者，如果A以相对于C 0.6c的速度向东移动，B以相对于C 0.6c的速度向西移动..对于C，A和B之间的距离以1.2c的速度增加，这个“速度”——两个运动物体相对于第三个观察者的速度——可以超过光速。但是两个物体相对运动的速度不会超过光速。在这个例子中，在A的坐标系中，B的速度是0.88c。在B的坐标系中，A的速度也是0.88c。

3。阴影和光点在灯光下晃动你的手，你会发现阴影的速度比手快。阴影和手抖的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果对着月亮晃动手电筒，很容易让落在月亮上的光点以超过光速的速度移动。不幸的是，信息不能以这种方式比光更快地传播。

4。当一个刚体碰到一根棍子的一端，震动会不会马上传到另一端？这不就提供了一种超光速通讯的方式吗？不幸的是，理想刚体并不存在。振动以音速在棒子中传播，最终是电磁作用的结果，不可能超过光速。一个有趣的问题是，当你垂直握住一根棍子的上端，突然松开，是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落？答案是上端。)

5。相速度光在介质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指连续正弦波在介质中传播一定距离(假设信号传播了很长时间，达到稳定状态)的相位滞后所对应的“传播速度”。显然，简单的正弦波是无法传递信息的。为了传输信息，需要将慢变波包调制在正弦波上。这种波包的传播速度称为群速度，小于光速。(译者注:索末菲和布里渊对脉冲在介质中传播的研究证明，一个起始时间为[某一时刻之前为0的信号]在介质中的传播速度不能超过光速。)

6。超光速星系向我们移动的星系的表观速度可能超过光速。这是一种错觉，因为从星系到我们这里的时间减少是没有修正的(？)。

7。相对论火箭人在地球上看到火箭以0.8c的速度远离，火箭上的钟比地球人慢，是地球钟的0.6倍。如果用火箭行进的距离除以花在火箭上的时间，就会得到4/3c的“速度”。因此，火箭上的人正以“相当于”超光速的速度移动。对于火箭上的人来说，时间并没有变慢，只是星系之间的距离缩小到了0.6倍，所以他们也感觉自己在以相当于4/3c的速度运动。这里的问题是，一个坐标系中的距离除以另一个坐标系中的时间得到的数字，并不是真实的速度。

8。重力传播的速度有些人认为重力传播的速度比光速快。实际上，重力以光速传播。

9。EPR佯谬1935爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表了一个思想实验，展示量子力学的不完全性。他们认为在测量两个处于纠缠态的分离粒子时，存在明显的距离效应。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息，所以超光速通信是不存在的。但是关于EPR悖论还是有争议的。

10。在量子场论中，虚粒子的力是通过虚粒子传递的。由于海森堡的不确定性，这些虚粒子可以以超光速旅行，但它们只是数学符号，超光速旅行或通信仍然不存在。

11。量子隧穿(Quantum tunneling)量子隧穿是粒子逃离高于自身能量的势垒的效应，这在经典物理中是不可能发生的。计算粒子穿过隧道的时间，你会发现粒子的速度超过了光速。(参考文献:T.E. Hartman，J. APPL. PHYS.33，3427 (1962))一群物理学家利用量子隧穿效应做了一个超光速通信的实验:他们声称莫扎特的第四十交响曲以4.7c的速度通过一个宽度为11.4cm的障碍物进行传输，当然这已经引起了很大的争议。大多数物理学家认为，由于海森堡的不确定性，不可能利用这种量子效应比光更快地传输信息。如果这种效应成立，就有可能在高速运动的坐标系中，用类似的装置将信息传送到过去。

Ref:W. Heitmann和G. Nimtz，Phys列特A196，154(1994)；A. Enders和G. Nimtz，Phys Rev E48，632 (1993)陶哲轩认为上述实验并不令人信服。信号以光速通过11.4cm的距离只需要不到0.4纳秒，但只要简单外推就能预测出1000纳秒的声波信号。因此，需要进行更远距离的超光速通信或高频随机信号的实验。

12。哈塞米效应当两块不带电的导体板之间的距离非常近时，它们之间会产生一个非常微弱但仍可测量的力，这就是卡西米尔效应。卡西米尔效应是由真空能量引起的。沙恩霍斯特的计算表明，光子在两块金属板之间横向移动的速度一定略高于光速(对于一纳米的间隙，这个速度比光速高10-24)。在某些宇宙条件下(比如在[宇宙弦][如果存在的话]附近)，这种效应会显著得多。但是，进一步的理论研究表明，利用这种效应进行超光速通信是不可能的。

参考:k .沙恩霍斯特，物理学快报B236，354 (1990)S .本-梅纳海姆，物理学快报B250，133 (1990)。进阶学习)。IAS SNS-AST-90-25 Barton & amp；沙恩霍斯特，物理杂志A26，2037 (1993)

13。哈勃宇宙膨胀定理说:距离为d的星系以HD速度分离。h是一个独立于星系的常数，叫做哈勃常数。足够远的星系可能会以超过光速的速度相互分离，但这是相对于第三个观察者的分离速度。

14。月球以超光速绕着我们转！

当月亮在地平线上时，假设我们以每秒半周的速度绕圈，因为月亮离我们385000公里，月亮外观对我们的自转速度是每秒1，21，000公里，大约是光速的4倍！这听起来很荒谬，因为我们实际上是在旋转，但我们却说月亮围绕着我们转。但根据广义相对论，任何坐标系，包括旋转坐标系都可以。这不就是月球在以超光速运动吗？

问题是在广义相对论中，不同地方的速度是不能直接比较的。月球的速度只能和它所在的局部惯性系中的其他物体相比较。事实上，速度的概念在广义相对论中并没有太大用处，在广义相对论中很难定义什么是“超光速”。在广义相对论中，甚至“光速不是吗？quot需要一个解释。爱因斯坦本人在《相对论》第76页说过:狭义和广义理论“光速不变”并不总是正确的。在时间和距离没有绝对定义的情况下，如何确定速度就不是那么清晰了。

尽管如此，现代物理学认为广义相对论中的光速仍然是恒定的。当距离和时间单位被光速联系在一起时，光速是不变的，被定义为一个不证自明的公理。在前面的例子中，月球的速度仍然小于光速，因为在任何时刻，它都在当前位置的未来光锥内。

15。明确超光速的定义。

第一部分列举的“超光速”的似是而非的例子，说明了定义“超光速”的难度。像影子和斑点一样的“超光”？quot不是超光速，那什么是超光速？“世界线”是相对论中的一个重要概念，我们可以借助“世界线”给出“超光速”的明确定义。

什么是“世界线”？我们知道所有的物体都是由粒子组成的。如果我们可以描述粒子在任何时刻的位置，我们就描述了物体的整个“历史”。想象一个由三维空间和一维时间组成的四维空间。因为一个粒子在任何时候都只能处于一个特定的位置，它的整个“历史”在这个四维空间中就是一条连续的曲线，这就是“世界线”。一个物体的世界线是组成它的所有粒子的世界线的集合。

不仅粒子的历史可以构成世界线，一些人为定义的“东西”的历史也可以构成世界线，比如阴影和斑点。阴影可以通过其边界上的点来定义。这些点不是真实的粒子，但它们的位置是可以移动的，所以它们的“历史”也构成了世界线。

四维时空中的一个点代表一个“事件”，即三个空间坐标加一个时间坐标。任何两个“事件”都可以定义时空距离，时空距离是两个事件的空间距离的平方减去它们的时间间隔与光速的乘积的平方，然后开根号。狭义相对论证明这个时空距离与坐标系无关，所以有物理意义。

时空距离可分为三类:类时距离:空间间隔小于时间间隔与光速的乘积；类光距离:空间间隔等于时间间隔和光速的乘积；类空距离:空间间隔大于时间间隔和光速的乘积。

接下来，我们需要引入“局部”的概念。“局部地”平滑曲线非常类似于直线。同样，四维时空在局部是平坦的，世界线在局部类似于一条直线，也就是说可以用匀速运动来描述，匀速运动就是粒子的瞬时速度。在光子的世界线上，相邻事件之间的距离在局部上是类光的。在这个意义上，我们可以说光子的世界线是类光的。

任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线，在局部上，相邻事件之间的距离是类时的。在这个意义上，我们可以说这个世界线是共时的。然而，由运动速度超过光速的粒子或人为定义的“点”的世界线是空的。我们说世界线是类空的，是指相邻事件之间的时空距离在局部上是类空的。

因为可能存在弯曲的时空，所以可能存在这样的世界线:在局部，相邻事件之间的距离是类时的，粒子的运动速度不会超过光速；但是有两个事件相隔很远，它们的时空距离是类空间的。这种情况算超光速吗？

这个问题的意义在于，我们既可以定义局部超光速，也可以定义全局超光速。就算局部超光速不可能，也不排除全局超光速的可能。全球超光速也值得讨论。

总之，“超光速”可以用类空世界线来定义，这样做的好处是排除了两个物体相对于第三个观察者以超光速运动的情况。