我觉得光速不是最快的。可以做个简单实验。

D
Death_死神
1801 楼
太强了。把相对论都推翻了

亦流影
1802 楼
好久没学物理 也不太记得 没记错的话 高中物理学过 光对于不同参考系的速度始终是c

w
woai5zuyan
1803 楼
引用 @时光惊艳呀 发表的:
我感觉扩音器那个没毛病呀

还真有这种人666

w
wdzl
1804 楼


刺尼嘛
1805 楼
引用 @jojojesse 发表的:
风轮车用磁铁好像可以啊

磁铁吸力会产生反作用力,是相互吸引。其实是静止的

L
LJ厉害了
1806 楼
知道不懂就多去找资料,看书,现代物理学哪是一两句话就能说清楚的。

彭老尸
1807 楼
引用 @渣科机制帝 发表的:
不会的,不会超越光速,只会出现时间相对性。你潜意识里认为时间是均匀变化的量,实际上,时间也有速度。牛顿认为时间是均匀变化的,爱因斯坦则认为时间也有快慢之分。

这个不太认同,所谓速度既是单位时间出现的变量,所以层主认为时间有快慢之分难道是用了其他单位来衡量时间变量么?而恰恰所有衡量快慢的基础只能用时间。故时间是均衡切固定的,并无快慢之分

大家们的爸爸
1808 楼
这个要用哲学来解释,静止的是相对的,这时候光相对于运动的手电筒是静止的,所以当光照出时,实际上电筒的速度是不存在的,

S
SARATOGAS
1809 楼
小兄弟们,算我求求你们了,多查资料多看书多问老师,别一天基本的东西都没混熟整天想推翻大牛的理论,一会儿是初等数学证明哥德巴赫猜想,一会儿又推翻相对论,你用你们小脑袋瓜想想,你是全球第一人么,你能想到的真有价值会不会早做出来了?如果还没有做出来是哪方面限制了这个成果?你们这一天天的,我们围观起来笑也是很累的好吗

老詹科比结合体
1810 楼
985个毛街… 都是些初中毕业的弟弟…。高中选修就会讲狭义相对论的…。大学物理也会讲光速不变的定理…

D
Da_zzling
1811 楼
引用 @小饼干submerg 发表的:
光速现在就是最快的,如果能找到比光速更快而且能应用的,又是一次新技术革命

怕是要穿越时空了🤪🤪🤪

行走的影子2
1812 楼
引用 @潘DL是我 发表的:
好怕最后来一句我编不下去了。。。。

这要是来了,建议层主诺奖

甩你是鸵鸟66
1813 楼
我一文科生点开。。。。啥??这都是啥???

C
Cheung杰
1814 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

我光翻就翻了二十秒。

D
Da_zzling
1815 楼
引用 @干过惹热憨 发表的:
这梗十五年就在西祠看见过

人类的本质是复读机🤪🤪🤪

浓眉炸天
1816 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

早知道不点开全文了

于心何忍于心难安
1817 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)



Y
Yakearing
1818 楼
你没上过高中吗?😂

希日天
1819 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

现在我知道了

花桥小哈登
1820 楼
除非你扔出的速度超过光速是可以先到最终点的

拍着篮球看着她
1821 楼
垃圾
你拿两个手电筒,屁股对屁股
同时打开,
相对运动,两倍光速。🐮🍺

b
buctcn2000
1822 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

老哥太坏了

日天就是昊
1823 楼
引用 @美美的华华 发表的:
光在水中和空气中速度是一样的吗?光的折射那节我就听的一知半解的。
不好意思,只中学学过物理。

其实就是光在其他介质中不断被折射,相当于是路程变长了,所以宏观上看速度慢了,但实际上不断折射的过程中速度依旧是不变的

N
N_A_S_H
1824 楼
引用 @美美的华华 发表的:
光在水中和空气中速度是一样的吗?光的折射那节我就听的一知半解的。
不好意思,只中学学过物理。

不一样、、但在任何介质中光速都是最快的、、
也许你可以造出一种介质光跑的比蜗牛还慢、、但在这种介质中没有东西能比蜗牛更快
红魔铁闸费迪南德
1825 楼
引用 @霍焱杰 发表的:
高中就学相对论了吗?我觉得我们高中老师也不一定懂这个。当年依稀记得学过质能方程。好像也是爱因斯坦的。不过老师也没教推导步骤。我们高中物理没学的太深。

有一部分地区的高中物理涉及一些简单的相对论 里面就有lz提到的这个内容

范范大
1826 楼
不知道说啥!

双手运球深入虎穴
1827 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

谢谢你打了这么多,但是我看不懂

斐进小黑屋
1828 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

在虎扑你甚至能看论文

社会我哈登必是夺冠人
1829 楼
反手一个手电筒

g
gopanda
1830 楼
引用 @美美的华华 发表的:
光在水中和空气中速度是一样的吗?光的折射那节我就听的一知半解的。
不好意思,只中学学过物理。

宏观上的群速度是不一样的。但是从微观角度上来看实际还是不变的,只不过在介质中因为折射它走的“路程”长了,因而看起来慢了,好像是这么一回事,离开高中两年不学物理大概就记得这些😂

z
zmtmtmtmtmt
1831 楼
引用 @霍焱杰 发表的:
我也没说他是错的。可能我题目起的有点问题。不懂是真不懂。刚才看了些相对论的科普。还没懂。估计一时半会懂不了。即使能看懂点,也给别人解释不了。

光速不变是相对论的基本假设,光速不变确实没有被证实,但是目前有实验验证光速在任何坐标系下速度都一样的,很不可思议,你说的那个手电筒,如果有一台足够精确的仪器能够测速的话,光速也是和原来一样的。

质感老乡1
1832 楼
引用 @悉拉贝尔 发表的:
你理解错了,光速不变的意思是不管你速度多快,光都以相同的速度相对于你向前传播,而声音是不一样的,你速度足够快,你就可以把声音抛在后面,因为声音是有介质的。

光速不是不变的 每秒30W公里那是在真空中的传播速度

现在在实验室里 在特殊条件下已经把光速降低到最低每秒17米了。。。。。。。。

最近还有一个最新的实验 能把光冻结在特殊介质中长达1分钟~~
K
KFCPaul
1833 楼
以后看虎扑可以准备考研了💀

G
Giannis_Antetokounmpo
1834 楼
我tm真是看笑了哈哈哈

提出质疑的头条
1835 楼
街上的好多人的说法都证实了,只需要在经典物理的范围内解释就可以推翻楼主观点。

我干过兽
1836 楼
在虎扑,用磁体可以解决很多问题
第四个白骨精
1837 楼
引用 @爱看nba1999 发表的:
楼主推翻了相对论!



这不是那个谁么
1838 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

我本来没点开他的,看了你的评论手没忍住就点开了……点开就后悔了…

开心小灰羊
1839 楼
楼主是不是被一堆苹果砸了脑袋,家里的苹果树不少吧

骑士必拿总冠军
1840 楼
那么,在正前方应该先看到手电筒被丢出去后的画面,然后才看到手电筒被丢出去前的画面。哈哈哈哈

勇闯天涯绿灯侠
1841 楼
如果根据光的波粒二象性的话,后面的光还是追不上前面的。

w
wh8850
1842 楼
真的服了,不知道为什么还有这么多人打赏,,,多看看书不行吗

奥利弗Oliver
1843 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

我不信 然后我点了 全部
然后 然后。。。

牛B啊啊
1844 楼
楼主你是魔鬼吗

x
xyzhhh
1845 楼
楼主一思考 上帝就发笑

B
Blizzzard
1846 楼
LZ你这是经典的想法了,是建立在有初速度的前提之下的,那么问题来了,你开手电的时候光若是没有获得这个初速度,如何?
马刺乐队Slash
1847 楼
光速是不变的,也没有坐标系和参照物,就是一个定值,不管你加不加初速度,光速都是那么大

小德克丶诺天子
1848 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

为什么骗我们打开!

撩佛衣
1849 楼
光速加上一个远远小于光速的速度仍然是光速,相对论里面有啊

V
Vieay
1850 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

我tm就不应该展开

旬木子
1851 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

我觉得,这兄弟可以单独开个贴了😂

辽源大雷
1852 楼
引用 @Rapid3 发表的:
晋身物理界第一人

杨振宁表示赶紧接我衣钵

大主宰啊3
1853 楼
你可真是个人才。。

紫金不朽王朝
1854 楼
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子:
相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。
百度百科:
光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。
在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。
爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段:
“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。”
“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下:
1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
“对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”
“由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。”
光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式:
m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。
光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。
光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。
“尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。
辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。
人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。
原理
光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。
事实
证明光速不变的四项事实。
1) 恒星光行差。
2) 恒星都是一个一个的小圆点。
3) 恒星都静止。
4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。
证明方法
任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。
《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。
恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。
因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。
设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C
因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。
因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt
再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。
则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒)
c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒)
C传播的时间T2=L/C
据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒)
所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒)
即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒)
也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。
光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。
因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。
恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。
太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。
迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率
光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。
这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。
迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。
1.切伦科夫效应
媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]  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。  [2-3]  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。  [4-6] 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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7] 17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。
目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞
关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]
21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

D
Dreamyu632
1855 楼
引用 @毓核秦 发表的:
还是69那个永动机真实..

这个么

小宝宝0623
1856 楼
神马j8玩意 费脑子

石家庄杜南特
1857 楼
逻辑鬼才

c
change19920614
1858 楼
引用 @lrreal豆浆 发表的:
这帖子真给虎扑降档次

你还以为虎扑档次多高呢

阿涛真是
1859 楼
引用 @咖喱Gayg 发表的:
楼主的意思,那光要是照在一个人身上,那个人一直走,是不是超过光速

。。。楼主的理解能力还是没问题的。。。你这逻辑简直了。。。🙈

取名字好难啊24
1860 楼
楼主真是物理宝才,虎扑捡到鬼了

荔枝味taste
1861 楼
引用 @霍焱杰 发表的:
不好意思,高中毕业几十年了。都忘光了。希望你高中毕业几十年后还记忆犹新。

记忆不犹新,可不敢乱说话啊

正在挣扎
1862 楼
我觉得bxj秒射的速度超过光速

R
Recalltime
1863 楼


卜尔津吉斯
1864 楼
引用 @火箭名宿炮 发表的:
那个热气球看起来很有道理,哪位jr解释一下

加速度吧 公交车里面跳一下还是会停在原地

马刺马刺马賜
1865 楼
引用 @做只扑街 发表的:


这图真让人恶心

不只小帅杜兰特
1866 楼
引用 @维多利亚的秘密v 发表的:
不好意思喔,我们吃的大米跟他没半点关系。

杠精来报道了

五鼓子
1867 楼
我日哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

马刺马刺马賜
1868 楼
引用 @用头单打 发表的:
呵呵,杠精就是你了。袁老虽然作用被夸大了,但是其集大成,总结经验,并在此基础上有一定的发展。到你这儿就是咱们吃的大米和他一点儿关系都没有了?为了显得自己有见识吗?

昨晚还和一个中科院的兄弟聊这个话题,巧的是他的观点和杠精刚好一致,我不多说,更相信“杠精”崔永元的话,也更相信我这位中科院的兄弟的话,某些原因不愿多言,但时间会证明一切。

马刺马刺马賜
1869 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
这图真让人恶心

很多时候你看到的不是事实,类似于河北的某教授一样,一旦捧起来了,就下不去了。

不只小帅杜兰特
1870 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
很多时候你看到的不是事实,类似于河北的某教授一样,一旦捧起来了,就下不去了。

所以你就来秀智商?

三分一次车
1871 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

这是精华,做马来人,有需要再看

拉谁说话
1872 楼
引用 @哈登在终场绝杀后 发表的:

二院伟大的发明理论
刷马桶的英雄
1873 楼
那是想速啊,歘就到了。

马刺马刺马賜
1874 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
所以你就来秀智商?

从小学到N年前研究所毕业以来,我觉得我智商没问题,倒是你貌似有问题,如何凭借一句话看出别人智商有问题的?别在这里随口一说就想着攻击别人了,有空多看看书,实在不行多吃点饭,好更凸显难以下咽的“袁稻”的作用,不过你应该买不到,更没有吃过,懒得跟你这种人费口舌。

火龙果办大蒜
1875 楼
引用 @冷面杀将 发表的:
那我在行走的车上扔手电筒,岂不是更快?就可以不断叠加了

对!你给光子加速了,你是粒子加速器!

发评论还得起昵称很烦
1876 楼
引用 @念出来的是猪 发表的:
层主,你这话超出了我的认知了

好像是狭义相对论?

马刺马刺马賜
1877 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
杠精来报道了

到处看到你,你真是不辞劳苦,收钱了?不像啊,谁能雇佣这种低劣的水军呢。。。像你这种水平的,给五毛应该可以雇佣你十年以上吧。

S
SwaggyP30
1878 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

你这个回复让我把他的展开了...恨你

阿赖耶识1
1879 楼
民科吧老哥不知道比你高到哪里去

不只小帅杜兰特
1880 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
从小学到N年前研究所毕业以来,我觉得我智商没问题,倒是你貌似有问题,如何凭借一句话看出别人智商有问题的?别在这里随口一说就想着攻击别人了,有空多看看书,实在不行多吃点饭,好更凸显难以下咽的“袁稻”的作用,不过你应该买不到,更没有吃过,懒得跟你这种人费口舌。

我说的有问题吗?你这不是秀智商?一口一个中科院一个研究所,好的,就算你这么牛,怎么在网上来教育我们这些平头百姓?这样的能耐应该付出实践来告诉这个社会你的想法,你所谓的“真相”吧!最好是把教科书改了,以免后代再像我这样陷在不清不白中,然后在这里反驳你这明白“事理”的人!有时声望真的可以证明很多东西!

叶青痕
1881 楼
光有多普勒效应,但是光速不变

马刺马刺马賜
1882 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
我说的有问题吗?你这不是秀智商?一口一个中科院一个研究所,好的,就算你这么牛,怎么在网上来教育我们这些平头百姓?这样的能耐应该付出实践来告诉这个社会你的想法,你所谓的“真相”吧!最好是把教科书改了,以免后代再像我这样陷在不清不白中,然后在这里反驳你这明白“事理”的人!有时声望真的可以证明很多东西!

行啦,很多事情也就过过嘴瘾,较真能管饭还是能换钱?别人说一句你就上来攻击别人杠精??攻击别人智商低??不知道你在生活中是啥样的人,在单位又是啥样的人缘?我也是盛世蝼蚁,不过是同学刚刚多在这些部门上班而已,我杠精我认输了,你赢了兄弟。

马刺马刺马賜
1883 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
我说的有问题吗?你这不是秀智商?一口一个中科院一个研究所,好的,就算你这么牛,怎么在网上来教育我们这些平头百姓?这样的能耐应该付出实践来告诉这个社会你的想法,你所谓的“真相”吧!最好是把教科书改了,以免后代再像我这样陷在不清不白中,然后在这里反驳你这明白“事理”的人!有时声望真的可以证明很多东西!

行啦,很多事情也就过过嘴瘾,较真能管饭还是能换钱?别人说一句你就上来攻击别人杠精??攻击别人智商低??不知道你在生活中是啥样的人,在单位又是啥样的人缘?我也是盛世蝼蚁,不过是同学刚刚多在这些部门上班而已,我杠精我认输了,你赢了兄弟。

m
mrwembley
1884 楼
引用 @我是坏叔叔呀 发表的:
激光射月球,光反射,距离时间已定,剩下的不就是速度了

这不是已知光速测地月距离的方式么……

不只小帅杜兰特
1885 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
到处看到你,你真是不辞劳苦,收钱了?不像啊,谁能雇佣这种低劣的水军呢。。。像你这种水平的,给五毛应该可以雇佣你十年以上吧。

第一 你看到我的位置就这两个,没有“哪里都能看到”这样夸张
第二 为国家为党做水军劳资骄傲,不收费做一辈子


差不多是只废麦了
1886 楼
引用 @渣科机制帝 发表的:
不会的 两个光速相反跑 相对之间也是光速,所以会出现时间与空间的不同步,这就是相对论。举个例子,你站在原地,一束光向左飞,一束光向右飞,每一束光相对于你都是光速,但是两束光之间的相对速度也是光速,这里就会出现不同参考系中的时间先后不同,就是时间的相对性。

哇,牛批,原来是这么回事

m
mrwembley
1887 楼
引用 @酸菜鱼只吃酸菜不吃鱼 发表的:
不知道光速怎么测出来的啊?

激光照射法是已知光速测地月距离的,测量光速的是19世纪的迈克尔孙-穆雷实验。楼上那几位不懂装懂净扯淡。

马刺马刺马賜
1888 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
我说的有问题吗?你这不是秀智商?一口一个中科院一个研究所,好的,就算你这么牛,怎么在网上来教育我们这些平头百姓?这样的能耐应该付出实践来告诉这个社会你的想法,你所谓的“真相”吧!最好是把教科书改了,以免后代再像我这样陷在不清不白中,然后在这里反驳你这明白“事理”的人!有时声望真的可以证明很多东西!

很多问题是可以探讨,探讨可以使问题更明了,碰见了不同的意见,如果对方没有对人身进行攻击而是发表了一个不同意见,你却相互攻讦,别人也只好还以颜色张口飚脏字了,张嘴就有攻击性的人在生活中会不知不觉得罪很多人,吃亏的时候总会有的,一个人也不可能永远对,哪怕掌握了真理就可以藐视一切??在生活中,有时候恰恰是胜利者不得人心,因为得意过了头。另外,水稻不重要了,我有我的认知,你有你的看法。

哈登三万分
1889 楼
笑出猪叫哈哈哈哈哈哈
感谢感谢!
我好久没笑的这么放肆了

不只小帅杜兰特
1890 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
很多问题是可以探讨,探讨可以使问题更明了,碰见了不同的意见,如果对方没有对人身进行攻击而是发表了一个不同意见,你却相互攻讦,别人也只好还以颜色张口飚脏字了,张嘴就有攻击性的人在生活中会不知不觉得罪很多人,吃亏的时候总会有的,一个人也不可能永远对,哪怕掌握了真理就可以藐视一切??在生活中,有时候恰恰是胜利者不得人心,因为得意过了头。另外,水稻不重要了,我有我的认知,你有你的看法。

嗯,我知道了,你的意思就是你是口嗨,我是喷子,对吧?那如果秀智商和杠精都算人身攻击,那人身攻击定义的范围会不会太广了点?

不只小帅杜兰特
1891 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
很多问题是可以探讨,探讨可以使问题更明了,碰见了不同的意见,如果对方没有对人身进行攻击而是发表了一个不同意见,你却相互攻讦,别人也只好还以颜色张口飚脏字了,张嘴就有攻击性的人在生活中会不知不觉得罪很多人,吃亏的时候总会有的,一个人也不可能永远对,哪怕掌握了真理就可以藐视一切??在生活中,有时候恰恰是胜利者不得人心,因为得意过了头。另外,水稻不重要了,我有我的认知,你有你的看法。

而且你不觉得你一副说教的嘴脸很恶心么?

地表最浪板凳王
1892 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

我后悔点了展开全部

马刺马刺马賜
1893 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
第一 你看到我的位置就这两个,没有“哪里都能看到”这样夸张
第二 为国家为党做水军劳资骄傲,不收费做一辈子

你当你自己的老子就行了,张口就老子老子的,你老子面前是不是你也称老子呢?你老子的老子面前是不是也称老子呢?没教养的东西,出来现眼??你孤儿院长大的??弃婴还是父母双亡??

菠萝杀一下
1894 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

早知道我就不展开了…

双飞丫丫圆圆
1895 楼
引用 @资深杜密EF 发表的:
你知道我想看下一条评论多累吗!

没见过什么世面,这是我在虎扑见过最长的评论

王6号
1896 楼
光是电磁波传播,你扔手电筒,有毛线用啊

不只小帅杜兰特
1897 楼
引用 @马刺马刺马賜 发表的:
你当你自己的老子就行了,张口就老子老子的,你老子面前是不是你也称老子呢?你老子的老子面前是不是也称老子呢?没教养的东西,出来现眼??你孤儿院长大的??弃婴还是父母双亡??

气急败坏了?有时候“劳资”是一个语气助词,我不想当你的老子,丢人。到是你,一连串脏话说的真顺溜,举报咯

马刺马刺马賜
1898 楼
引用 @不只小帅杜兰特 发表的:
气急败坏了?有时候“劳资”是一个语气助词,我不想当你的老子,丢人。到是你,一连串脏话说的真顺溜,举报咯

没问题,欢迎举报,你的口头禅一定要保持住,别丢。

克鲁兹帕克
1899 楼
鬼才,多看看书就更加有才了

甚么都快
1900 楼
引用 @信哥123 发表的:
光速在任何参照系中都是不变的
这是实验证明过的,也是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。至于为什么,楼主多看看书吧
PS:好多人引用我,我补充一些从网上找的资料吧
首先有一个很经典的例子: 相对论的所谓光速不变,是指光波的波前相对于任何观察者都是一样的速度c。比如你站在火车站看着一列快车以每秒钟50米的速度向东飞驰而去。此时你用手电筒向西射出一道光。根据相对论,光波相对于你和火车司机的速度都是光速。
可是根据经典物理,光波相对于火车司机的速度等于光在空气中的速度加上每秒50米的火车速度。有些朋友以为光速不变指的是光在某一媒质中的传播速度不变,这是一种明显的误解。光速在媒质中的速度当然不变,但这不是相对论的光速不变原理。
还有一种不太明显的误解,就是认为光速应该和光源的速度合成。比如上述例子中,如果火车司机打开头灯,有的朋友以为光相对于地上站着的观察者的速度应该等于光速加上火车(光源)的速度。
这是一种既不符合相对论也不符合经典理论的误解。按照相对论,光相对于火车司机和扳道工的速度都是c。按照经典理论,火车头车灯的光波相对于扳道工的速度是空气中的光速c,相对于火车司机的速度等于光速减去每秒50米。因为光的传播媒质相对于扳道工是静止的。
光速是相对于媒质测量的,和光源速度没有关系。这里的深层原因是,光不是有质粒子,而是光源在媒质中激起的电磁振荡,它不能携带光源的机械动量。一旦光源的电磁振动传给了媒质,尔后光波的传播速度就完全取决于媒质,和光源无关。

百度百科: 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。 在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。 爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段: “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。” “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下: 1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。” “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。” “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。” 光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式: m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。 光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc^2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍,引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。 光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。 “尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。 辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。 人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。 原理 光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,都为299792.458公里/秒。 事实 证明光速不变的四项事实。 1) 恒星光行差。 2) 恒星都是一个一个的小圆点。 3) 恒星都静止。 4) 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 证明方法 任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”,所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象,所以只有采用‘反证法’。 设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C 因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从恒星发出的。 因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt 再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。 则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒) c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒) C传播的时间T2=L/C 据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040(秒) 所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒) 即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒) 也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。 因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。 恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明:太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是:光速=波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距,能够独立推算出‘光波长’,自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的‘光速值’;从而充分证明:‘光速=波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。 1.切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。2.第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。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.影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。 影子和与手晃动的速度之比确实等于它们到灯的距离之比,但影子的最快速度不会超过光速.光斑也是如此.假设有一个仰角为60度的斜坡,一个物体以0.6C的速度水平运动,那么理论上在斜坡上的投影的速度是1.2C,实际上影子最大速度为C.现象表现为影子不会出现在该物体垂直投射的方位,而是会滞后.4.刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,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。 举一个例子:假如我们测量一个目前离我们10光年的星系,它的运动速度为2/3 c。 现在测量,测出的距离却是30光年,因为它当时发出的光到时,星系恰到达10光年处 3年后,星系到了8光年处,那末视距离为8光年的3倍,即24光年。 结果,3年中,视距离减小了6光年……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。(这里有问题,首先,以火箭做为参考系,火箭的速度是0,这时候只能计算地球远离火箭的速度,火箭参考系的时间是地球的0.6倍,距离也是地球的0.6倍,地球远离火箭的速度=0.6*0.8c/0.6=0.8c)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。  [1]   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。  [2-3]   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。  [4-6]  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;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乘积 下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线,“局部”地看,非常类似一条直线。类似的,四维时空在局部是平直的,世界线在局部是类似直线的,也就是说,可以用匀速运动来描述,这个速度就是粒子的瞬时速度。 光子的世界线上,局部地看,相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上,我们可以把光子的世界线说成是类光的。 任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线,局部的看,相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上,我们可以把这种世界线说成是类时的。 而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”,它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的,是指局部地看,相邻事件的时空距离是类空的。 因为有可能存在弯曲的时空,有可能存在这样的世界线:局部地看,相邻事件的距离都是类时的,粒子并没有超光速运动;但是存在相距很远的两个事件,其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢? 这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”,也可以定义全局的“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讨论的。 总而言之,“超光速”可以通过类空的世界线来定义,这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。 下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”,主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是:我们怎么知道传送的东西还是原来的东西?这个问题比较好办,对于一个粒子,我们观察它的世界线,如果世界线是连续的,而且没有其他粒子从这个粒子分离出来,我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。 显然,传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲,我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息,而光子的速度自然就是光速。 类似地,假如快子(tachyons,理论上预言的超光速粒子)真的存在的话,我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术,就可以实现超光速通信。 极其可能的是,传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的,更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息,并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术,那么超光速通信与超光速旅行是等价的。 科幻小说早就有这个想法了,称之为远距离传真(teleport)。简单的说,就是象传真一样把人在那边复制一份,然后把这边的原件销毁,就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。16.无限大的能量 E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) 上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。 很显然,速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功,做的功等于粒子能量的增加。 注意当v趋近于c时,能量趋于无穷大,因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的,更不用说超光速了。 但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。 粒子可以衰变成其他粒子,包括以光速运动的光子(光子的静止质量为零,因此虽以光速运动,其能量也可以是有限值,上述公式对光子无效)。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述,因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。 另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子,有始终以低于光速的速度运动的粒子,为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢? 问题是,如果在上述公式中v>c,要么能量是虚数,要么质量是虚数。假如存在这样的粒子,虚数的能量与质量有没有物理意义呢?应该如何解释它们的意义?能否推出可观测的预言? 只要找到这种粒子存在的证据,找到检测这种粒子的方法,找到使这种粒子的运动发生偏转的方法,就能实现超光速通信。 [7]  17.量子场论 到目前为止,除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论,它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论,任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲,这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。 但是,没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何,它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之,在将来更完善的理论中,无法保证光速仍然是速度的上限。18.祖父悖论(因果性) 反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论,在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的,你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性,即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时,因果性以某种一致的方式遭到破坏。 总而言之,时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去,我们大体上也能实现超光速旅行。19.快子(tachyon) 快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度(瞬时速度)。它的质量是虚数,但能量和动量是实数。 有人认为这种粒子无法检测,但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。 目前尚无快子存在的实验证据,绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑,但不能完全排除这种可能。 快子理论的问题,一是违反因果性,二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免,但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。 实际上,大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现,而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。20.虫洞 关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径,从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论,但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。 开一个虫洞需要负能量区域,Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。 Thorn发现如果能创造出虫洞,就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线,从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论,即,如果你回到过去,历史就会以与原来不同的方式发生。 Hawking认为虫洞是不稳定的,因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域,可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下,什么是可能的,什么是不可能的。  [8-12]  21.曲相推进(warp drive)曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲,从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样,曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在,也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
(txtx 摘抄了这么多资料,只是想图个乐,本来想看看虎扑回帖有没有字数限制,我这都一万多字了。各位就不要引用我了,我不是老实人,哈哈)

我就想知道,爱因斯坦的所有理论都是验证过的吗?如果不是,就靠推断来的?是不是有点恐怖?真的是外星人👽?