科学分析：有什么事物能超越光速吗

北京时间 5 月 14 日消息，据国外媒体报道，1676 年，丹麦天文学家奥勒・罗默尔（Ole Roemer）通过研究木卫一运行状况，计算出光以限定速度传播。两年后，荷兰数学家、科学家克里斯蒂安・惠更斯（Christiaan Huygens）基于罗默尔收集的数据，成为试图测定实际光速的第一人。

▲ 英国伦敦帝国理工学院理论物理学家克劳迪娅・德・拉姆（Claudia de Rham）称，从技术上讲，“没有任何事物的速度能超越光速”的说法本身并不完全正确，至少在非真空环境中是这样的，但她强调有一些因素需要考虑在内。

当时惠更斯提出的光速值为 211000 公里 / 秒，该数值并未达到目前的精确标准，现在我们知道“真空”中光速达到 299792 公里 / 秒，但惠更斯曾评估称，光以不可思议的速度在太空中传播。

依据爱因斯坦的狭义相对论，光传播速度如此之快，以至于宇宙真空中没有任何物体能比光传播速度更快。美国阿拉巴州立大学推进研究中心航空航天工程副教授贾森・卡西布里（Jason Cassibry）证实称，我们在太空中穿行速度无法超越光速！

该结论是正确的吗？或许不对，当光不在真空中传播，是否仍遵循“光速无法被超越的定律”？

▲ 可见光谱图。英国理论物理学家克劳迪娅・德・拉姆说：“如果把光看作一种波，那么就有‘多种原因’解释为什么某些波在介质中比白光（或者无色光）传播得更快，其中一个原因是当光通过介质时，例如玻璃或者水滴，不同频率或者颜色的光以不同速度传播。

英国伦敦帝国理工学院理论物理学家克劳迪娅・德・拉姆（Claudia de Rham）称，从技术上讲，“没有任何事物的速度能超越光速”的说法本身并不完全正确，至少在非真空环境中是这样的，但她强调有一些因素需要考虑在内。

光既有粒子特性，也有波的特性，因此光可以看作既是粒子（光子）又是波，这就是波粒二象性。拉姆说：“如果把光看作一种波，那么就有‘多种原因’解释为什么某些波在介质中比白光（或者无色光）传播得更快，其中一个原因是当光通过介质时，例如玻璃或者水滴，不同频率或者颜色的光以不同速度传播。”

依据美国威斯康星大学麦迪逊分校的一篇文章，最明显的例子发生在彩虹中，较长、较快的红色波长位于彩虹顶部，而较短、较慢的紫色波长位于彩虹底部，然而当光在真空中传播，情况就不一样了。

美国东南路易斯安那大学物理学家瑞德・阿兰（Rhett Allain）教授称，所有光都是电磁波的一种形式，它们在真空中都有相同速度 ——3 ×10^8 米 / 秒，这相当于无线电波和伽马射线的速度。

因此，依据拉姆的理论观点，唯一比光速更快的事物（有点自相矛盾）就是光自身，尽管仅发生在非真空环境中。但值得注意的是，不管是什么介质，光速永远不会超越 299792 公里 / 秒。

宇宙角度

依据卡西布里的观点，当讨论速度超过光速的物体时，还有一些其他因素需要考虑。他说：“宇宙某些部分正以超过光速的速度膨胀，且离地球远去，例如：哈勃太空望远镜近期观测到一颗被称为埃伦德尔（Earendel）的遥远恒星，它释放出 129 亿年前的光线，但是由于宇宙时刻都在膨胀，埃伦德尔恒星自形成以来一直在远离地球，所以它当前与地球的距离并非 129 亿光年，而是更加遥远。

在这种情况下，时空不断地膨胀，但时空中的物质仍然在光速范围内运动。所以很明显正如我们所知道的，没有什么物体的速度会超越光速，但是否存在可能超越光速的情况呢？

拉姆说称，爱因斯坦的狭义相对论以及广义相对论，是建立在“空间和时间概念相对的原则之下”，但这意味着什么呢？如果有人能以超越光速的速度并携带信息，那么他们的时间概念会比我们的时间概念更加扭曲，在某些情况下，未来可能影响我们的过去，整个现实架构就会失去意义。

这意味着人类时空旅行速度超越光速是不可能的，但是否会有一天，我们能研制新型技术和材料，驾驶超越光速速度的太空飞船往返时空？卡西布里说：“理论家们提出了各种类型的曲速气泡，能以超光速时空旅行。”

人体不可能实现光速旅行！

拉姆说：“我们可以想象能以光速实现太阳系外通讯，但将真人以光速发射是不可能的，因为我们无法实现光速状态下人体时空旅行。即使在一个非常理想的条件下，例如：人体以恒定速度不断加速，但事实上人类很难获得一种不断加速的太空旅行技术，我们永远不会达到光速时空旅行，或许我们会非常接近光速，但无法超越光速。”

卡西布里证实了这一点，他说：“在忽略相对论的前提下，如果你以地球重力 1G 的速度加速，持续一年时间才能达到光速，事实上人们永远无法达到这个速度，因为当人体接近光速时，人体质能将不断增加，接近无限值。”

同样，阿兰相信超越光速是不可能的，但正如卡西布里所认为的，如果人类要探索遥远的系外行星，实际上没有必要必须达到光速。他指出，我们能理解比光速更快的唯一方法是时空中使用某种类型虫洞，使用该策略可能不需要达到超越光速的时空旅行，而是提供一条通往太空其他区域的捷径。

然而，卡西布里不确定是否虫洞是最现实的超速太空旅行选择，他说：“依据爱因斯坦场方程的特殊解，虫洞理论是可能实现的，基本上，如果虫洞存在的话，会成为两个目的地之间的捷径，但我不知道是否能建造虫洞，或者如何建造虫洞。”

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