题目

存在比光速更快的速度ma?

提问时间：2020-07-15

答案

电磁作用的结果,因此不可能超过光速.(一个有趣的 问题是,竖直地拎着一根棍子的上端,突然松手,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 光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速.相速度是指连续的 (假定信号已传播了足够长的时间,达到了稳定状态)的正弦波在媒质中传播一段 距离后的相位滞后所对应的“传播速度”.很显然,单纯的正弦波是无法传递信 息的.要传递信息,需要把变化较慢的波包调制在正弦波上,这种波包的传播速 度叫做群速度,群速度是小于光速的.(译者注：索末菲和布里渊关于脉冲在媒 质中的传播的研究证明了有起始时间的信号[在某时刻之前为零的信号]在媒质中 的传播速度不可能超过光速.)
6.超光速星系 朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速.这是一种假象,因为没有修正 从星系到我们的时间的减少(?).
7.相对论火箭 地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离,火箭上的时钟相对于地球上的人变 慢,是地球时钟的0.6倍.如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间,将得到一 个“速度”是4/3 c.因此,火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动.对 于火箭上的人来说,时间没有变慢,但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍, 因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动.这里问题在于这种用一个坐标系 的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度.
8.万有引力传播的速度 有人认为万有引力的传播速度超过光速.实际上万有引力以光速传播.
9.EPR悖论 1935年Einstein,Podolski和Rosen发表了一个思想实验试图表明量子力学的 不完全性.他们认为在测量两个分离的处于entangled state的粒子时有明显的 超距作用.Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息,因此超光速通信不 存在.但是关于EPR悖论仍有争议.
10.虚粒子 在量子场论中力是通过虚粒子来传递的.由于海森堡不确定性这些虚粒子可 以以超光速传播,但是虚粒子只是数学符号,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势垒的效应,在经典物理中这种情况 不可能发生.计算一下粒子穿过隧道的时间,会发现粒子的速度超过光速.(Ref: T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962))一群物理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验：他们声称以 4.7c的速度穿过11.4cm宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲.当然,这引起了很 大的争议.大多数物理学家认为,由于海森堡不确定性,不可能利用这种量子效 应超光速地传递信息.如果这种效应是真的,就有可能在一个高速运动的坐标系 中利用类似装置把信息传递到过去.
Ref:W. Heitmann and G. Nimtz, Phys Lett A196, 154 (1994);A. Enders and G. Nimtz, Phys Rev E48, 632 (1993) Terence Tao认为上述实验不具备说服力.信号以光速通过11.4cm的距离用 不了0.4纳秒,但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号.因此需 要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验.
12.卡西米(Casimir)效应 当两块不带电荷的导体板距离非常接近时,它们之间会有非常微弱但仍可测 量的力,这就是卡西米效应.卡西米效应是由真空能(vacuum energy)引起的. Scharnhorst的计算表明,在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于 光速(对于一纳米的间隙,这个速度比光速大10-24.在特定的宇宙学条件下(比 如在宇宙弦[cosmicstring]的附近[假如它们存在的话]),这种效应会显著得多. 但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信. 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.宇宙膨胀 哈勃定理说：距离为D的星系以HD的速度分离.H是与星系无关的常数,称为 哈勃常数.距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离,但这是相对于第 三观察者的分离速度.
14.月亮以超光速的速度绕着我旋转! 当月亮在地平线上的时候,假定我们以每秒半周的速度转圈儿,因为月亮离 我们385,000公里,月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里,大约是光速 的四倍多!这听起来相当荒谬,因为实际上是我们自己在旋转,却说是月亮绕这 我们转.但是根据广义相对论,包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的, 这难道不是月亮以超光速在运动吗?
问题在于,在广义相对论中,不同地点的速度是不可以直接比较的.月亮的 速度只能与其局部惯性系中的其他物体相比较.实际上,速度的概念在广义相对 论中没多大用处,定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难.在广义相对论 中,甚至“光速不变”都需要解释.爱因斯坦自己在《相对论：狭义与广义理论》 第76页说“光速不变”并不是始终正确的.当时间和距离没有绝对的定义的时候, 如何确定速度并不是那么清楚的.
尽管如此,现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的.当距离和时间 单位通过光速联系起来的时候,光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义. 在前面所说的例子中,月亮的速度仍然小于光速,因为在任何时刻,它都位于从 它当前位置发出的未来光锥之内.
15.明确超光速的定义 第一部份列举的各种似是而非的“超光速”例子表明了定义“超光速”的困 难.象影子和光斑的“超光速”不是真正意义的超光速,那么,什么是真正意义上的超光速呢?在相对论中“世界线”是一个重要概念,我们可以借助“世界线”来给“超 光速”下一个明确定义.
什么是“世界线”?我们知道,一切物体都是由粒子构成的,如果我们能够 描述粒子在任何时刻的位置,我们就描述了物体的全部“历史”.想象一个由空 间的三维加上时间的一维共同构成的四维空间.由于一个粒子在任何时刻只能处 于一个特定的位置,它的全部“历史”在这个四维空间中是一条连续的曲线,这 就是“世界线”.一个物体的世界线是构成它的所有粒子的世界线的集合.
不光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,比如说影子和光斑.影子可以用其边界上的点来定义.这些点并不是 真正的粒子,但它们的位置可以移动,因此它们的“历史”也构成
世界线.
四维时空中的一个点表示的是一个“事件”,即三个空间坐标加上一个时间 坐标.任何两个“事件”之间可以定义时空距离,它是两个事件之间的空间距离 的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号.狭义相对论证明了这种时 空距离与坐标系无关,因此是有物理意义的.
时空距离可分三类： 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与光速的乘积； 类空距离：空间间隔大于时间间隔与光速的