你知道嗎，這四種宇宙存在比光速還快！

愛因斯坦狹義相對論（Special Theory of Relativity）中，質量與能量持久不變的連系在一路，形當作一個簡單的根基方程式 E=mc?，這個小小的等式展望了，沒有任何有質量的工具在移動時，速度可以和光速一樣，或者超越光速。

人類比來一次可以或許達到光速，是在強力的粒子加快器傍邊，如年夜型強子對撞機（Large Hadron Collider）和兆電子伏特加快器（Tevatron）。

這些復雜的機械促使次原子粒子加快達到 99.99% 的光速，然而就如諾貝爾物理學獎得本家兒年夜衛·葛羅斯（David Gross）的闡釋，這些粒子永遠無法達到宇宙的速限。

若是要能達到的話，在過程中需要無限年夜的能量，是以這個物體的質量也會變得無限年夜，而這是不成能的。(光的粒子稱作光子，而它之所以能以光速移動，乃是因為它沒有質量。)

自愛因斯坦以來，物理學家發現有些存在可以達到超光速（意指比光速還快），而且仍遵循狹義相對論中所本家兒張的宇宙常規。

固然這些存在無法辯駁愛因斯坦的理論，但卻讓我們對光及量子界的獨特行為能有洞察領會的機遇。

與光相媲美的音爆

當物體移動速度要比聲速快時，它們會發生音爆。是以，理論中若是有工具移動的速度要比光速快，則它可能可以發生某種像“光爆”的工具。

光爆在哪能看到？其實這種現象天天城市呈現活著界各地的設備傍邊，肉眼便可不雅察到。它叫做契忍可夫輻射（Cherenkov radiation）。

核反映爐中會呈現這種藍灰光，下面圖片是由愛達荷國度嘗試室（Idaho National Laboratory）中進步前輩測試反映器（Advanced Test Reactor）所呈現出來的。

契忍可夫輻射是以蘇聯科學家Pavel Alekseyevich Cherenkov之名作為定名，在1934年他當作為第一位測量到此光的人，并以此發此刻1958年獲得諾貝爾物理學獎。

契忍可夫輻射之所以發出白熱光，是因為在進步前輩測試反映器的中間部位必需連結冷卻，因而里面布滿了水，而在水中，光速僅能達到它在外太空真空狀況下的75%，但此刻在焦點中由內部輻射所締造出來的電子，在水中移動的速度倒是比光要來得快。

就像這些光子一樣，粒子在水中的速度要比光速還快，而且它們在其他像是玻璃的前言物中，也可以發生近似音爆的震波。

例如，當火箭穿越空氣時，會在前端引起壓力波，而此壓力波將以聲速分開火箭，當火箭越接近音障之時，壓力波自物體軌道分開的時候就越少。

一旦火箭速度趕上聲速時，形當作一串的波就會發生震動，而在那之前則會形當作清脆的音爆。

同樣的，當電子在水中穿越的速度要比光在水中的速度快時，電子就會激發光的震波，所以有時不僅會呈現藍光，也會呈現紫外線光。

當法則不合用時

記得在愛因斯坦狹義相對論中有陳述，沒有任何有質量的工具可以或許比光速還快，數年來宇宙簡直是遵循阿誰法則。但若是沒有質量的工具會若何呢？

就光子的素質來說，它們是無法超越光速的，可是光的粒子并非全宇宙中獨一沒有質量的存在。看似空無一物的空間傍邊，其實蘊含了無形的物質，是以就界說而言，空也是沒有質量的。

理論天體物理學家 Michio Kaku 曾說：“既然沒有任何工具只是純真空無一物的空間或處于真空狀況，又沒有任何有形的物體可以打破光速邊界，那么空間必然可以擴展到比光還快”。

物理學家們認為宇宙年夜爆炸之后即刻發生的狀況就是如斯，而這個期間稱為年夜爆脹，在 1980 年月由物理學家阿蘭·古斯（Alan Guth）及安德烈·林德（Andrei Linde）首度提出如許的假設。

在百萬分之一秒的百萬分之一的時候之內，宇宙再三的雙倍擴張，是以宇宙的外緣得以快速擴展，而速度甚至比光速還快。

量子糾纏

量子糾纏聽起來復雜又嚇人，可是就最初的糾纏而言，只是次原子粒子彼此互相溝通交流罷了。

Kaku 詮釋道：“按照量子理論來說，若是我有兩顆電子靠得很近，它們可以協調的一路震動”。

此刻，即使把那兩顆電子分隔至距離有幾百光年甚至幾千光年之遠，它們之間即時通信的橋梁依然可以連結通順。

Kaku 說道：“若是我輕搖一顆電子，則另一顆電子立即能‘感應’到這個震動，如許的通信比光速還快。固然沒有任何工具可以超越光速，但愛因斯坦想到了這點，因而辯駁了量子理論”。

事實上，1935 年時，愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolsky）及納森·羅森（Nathan Rosen）試圖進行一場有如愛因斯坦提出的“鬼怪般步履的超距感化”之思惟嘗試，并藉此辯駁量子理論。

然而嘲諷的是他們的陳述為現今稱之為愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論（Einstein-Podolsky-Rosen paradox；EPR）奠基了根本。

此悖論本家兒要在描述量子糾纏的即時通信，而此對于宿世界上一些最尖端科技，如量子暗碼學而言，是不成或缺的主要部門。

蟲洞的胡想

既然沒有任何有質量的工具可以超越光速，那么你可以和星際觀光說再會了，至少，就傳統概念里的太空飛船及飛翔是如許沒錯。

可是愛因斯坦固然以狹義相對論摧毀了我們深切太空進行道路觀光的胡想，可他卻在 1915 年用廣義相對論（General Theory of Relativity）給了我們前去星際旅游的但愿。

固然狹義相對論本家兒如果在于質量與能量的連系，但廣義相對論則是將空間與時候編織在一路。

Kaku 說道：“要打破光速邊界獨一可行的方式，也許透過廣義相對論以及空間時候的扭曲可以告竣”。

而這里所指的扭曲，就是我們俗稱“蟲洞”，就理論而言，透過蟲洞可以讓某些工具在最即刻的時候內進行年夜規模距離的觀光，是以根基上，它可以讓我們打破宇宙速限，在很是短暫的時候內進行長距離的觀光。

理論物理學家基普·索恩（Kip Thorne），也就是片子《星際效應》的科學參謀及執行建造，他曾在 1988 年時，運用愛因斯坦廣義相對論的等式展望，蟲洞永遠為太空觀光而打開的可能性。

可是為了能穿越，蟲洞中需要一些不成思議，獨特的物質讓它們連結敞開。

索恩在他的《星際效應：片子幕后的科學事實、猜測與想像》（The Science of Interstellar）一書中提到：“感激量子物理心猿意馬律帶來的不成思議，現在獨特的物質可存在于黑洞中，真是令人感應詫異”！

而這個獨特的物質在我們地表的嘗試室中就可以制造出來，只是數目很是的少。

當索恩在 1988 年提出這個不變的蟲洞理論時，他號召物理學界協助他鑒定，宇宙中是否存有足夠的獨特物質，可以或許撐持蟲洞的這個可能性。

索恩寫道：“這件事激發很多的物理學家起頭進行良多的研究，然而到了此刻，已快要 30 年了，這個謎底仍是未知數”。

就此刻而言，看起來不樂不雅，他總結的說：“但我們距離最后的謎底，還很遠呢”。

發表于 2018-03-20 00:00
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