講科學堂

自從愛因斯坦狹義相對論橫空出世後，真空中的光速就被設定為宇宙中不可逾越的常量。它表明了

不過，一個世紀以來，也有很多不信邪的科學家不斷的尋找超光速的物質，試圖推翻或修改關於光速極限這個理論，順便揚名立萬。不過這些挑戰者都沒能成功，相對論依然牢牢地限定了這個宇宙速度的上限。但跳出狹義相對論的限制，科學家還是找到了幾個超光速的現象。

1.宇宙誕生那開始一刻的爆脹階段

現代的宇宙大爆炸模型表明，在約140億年前，宇宙大爆炸開始那一刻，存在一個爆脹階段，即宇宙在10^-33（十億億億億分之一秒）秒內，宇宙的尺度突然增大了10^26（一百億億億）倍,這就相當於一粒塵埃在一瞬間膨脹到10個銀河系這麼大，這個膨脹速度是遠遠超過光速的。

但這是空間自的膨脹，並不是物質的運動速度，所以不能認為是物質運動速度超過了光速。這種超光速現象並沒有違反相對論。

2.既熟悉又陌生的量子糾纏

對於量子糾纏這個概念，或者說是這個詞，相信很多人都通過各種媒體所聽說了。

在人們的印象中，量子糾纏現象是一種超乎尋常的超距作用。在微觀世界裡，一對糾纏粒子，如果被置於兩地，不管它們相距多麼遙遠，即使一個粒子在地球，另一個粒子遠在百萬光年之外的地方，都會同時感應到彼此，並且這種感應是不需要時間的。這種現象在宏觀世界看起來是超乎常理的。

而且，現代物理研究已經表明，量子糾纏的速度至少是光速的四個數量級，也就至少是光速的1萬倍，注意，這只是量子糾纏速度的下限！至於上限，那就不知道高到哪裡去了。

但這並不能表明，量子糾纏中，似乎相距極遠的糾纏粒子之間可以進行超光速的信息傳遞。量子力學理論認為，兩個糾纏的粒子之間不管相距多麼遙遠，在觀測之前它們仍然是協調的一體，是處於不確定狀態。當你對一個量子進行了測量行為，才會引起波函數的坍縮，從而確知另一個量子的狀態。但另一端也必須對另一個量子進行測量，才可能知道它的狀態，所以那些妄想用量子糾纏進行超光速的信息傳遞是不可能實現的。

3.超越光速的粒子——快子

1967年，美國哥倫比亞大學範伯格提出一種假設，他認為，在宇宙空間中存在另一個由速度超過光速的粒子——“快子”組成的宇宙，在這由“快子”組成的宇宙空間中，一個能量為零的粒子速度是以無窮的，而且這些粒子獲得的能量越多，運動速度反而越慢，當它們獲得無窮大能量後，速度才減慢到光速。就是說，“快子”的速度下限是光速。

不過既然“快子”速度比光還快，我們如何才能發現它呢？科學家們預測，如果快子在我們的附近出現，我們將同時看到它出現及反向離去的軌跡。不過到目前為止，人們還沒有找到快子存在的任何證據。

一些科學家指出，一旦發現並證實有些粒子確實超過了光速，那將徹底改變人類對整個宇宙存在的看法，甚至改變生命存在的模式。也有一些觀點認為，宇宙中一些地方可能還存在其他未知維度，一些粒子正是抄了其他維度的“近路”，才看起來“跑”得比光快。

清明的星空

關於“超光速”的現象，先要來簡單說明一下光速的性質。狹義相對論已經表明，光速是信息和能量傳播速度的上限，全世界的各種粒子加速器都能證明，給一個質量只有10^-27千克的質子提供巨大的能量，也無法使其運動速度超過光速。

這種速度上限源自於光速不變性，任何參照系中的觀察者測出同一束光（或者說所有光）在真空中的傳播速度都是相同大小的光速。而光速的不變性會導致相對的時間和空間，對於速度越快的參照系，會出現尺縮和鐘慢的效應，從而保證速度不會超過光速。儘管如此，宇宙中確實存在某些“超光速”現象，並且它們與狹義相對論也不矛盾。

此刻與我們相距大於140億光年的星系相對於我們超光速，但這並不是因為它們在靜態空間中快速運動所引起的，而是因為空間正在持續膨脹。由於所有空間都在不間斷地擴張，導致兩個星系的距離每多出326萬光年，它們之間的空間拉伸，就會使它們的退行速度相應增加70千米/秒。因此，只要兩個星系的距離大於140億光年，它們的遠離速度就會增加到超光速。而在宇宙誕生10^-35秒後，空間曾還有可能經歷過極其快速的暴脹過程，空間中的物質的退行速度會遠遠超過光速。但這種超光速現象的起因是空間拉伸，而非物體本身的運動，它們相對於靜態時空的運動速度始終低於光速。

量子糾纏也會超光速。如果有一對糾纏的粒子，然後把它們分別置於兩個相距十分遙遠的地方，如果測量其中某個粒子的性質（比如自旋），我們立馬就能知道另一個遙遠粒子的對應性質。但這種現象也沒有打破定域性原理，因為這種信息是無用的，我們並不能用它們傳遞真正有用的信息。打個比方，一雙鞋子中的兩隻分別被裝到兩個盒子中，然後把兩個盒子分別放到相距遙遠的地方，只要打開其中一個盒子看到它是左腳鞋子還是右腳鞋子，我們瞬間就能知道另一個遙遠盒子中的鞋子是左腳還是右腳。

關鍵字: 宇宙 光速 科學