超光速的基本概念是什么

　　超光速是很多科学家都在讨论的题目，那么你知道超光速的基本知识吗?现在让我们一起来看看超光速的基本概念吧!

　　超光速的基本概念

　　而在相对论中，运动速度和物体的其它性质，如质量甚至它所在参考系的时间流逝等，密切相关，速度低于(真空中)光速的物体如果要加速达到光速，其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量，而且它所感受到的时间流逝甚至会停止(如果超过光速则会出现“时间倒流”)，所以理论上来说达到或超过光速是不可能的(至于光子，那是因为它们本身质量为零)。但也因此使得物理学家(以及普通大众)对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。但是在介质中，物体的运动速度超过介质中的光速则是可能的。因为光速在介质中会下降。这种情况下会产生一些特别的现象。假使物体带电，则会发出蓝色光为主的切连科夫辐射。有可能这个理论被突破，超光速的传播还是有可能的，如果真是这样，时间倒流这些理论就会被修改

　　2011年9月22日，意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子，如果实验数据确凿无误，爱因斯坦的相对论将会受到挑战。OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室(LNGS)与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行，实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察,标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一(速度约为299799.892852千米/秒)超出光速,为现实中宇宙速度的极限。考虑到这是一个潜在的影响深远的结果，在结论被驳斥或坚实建立之前，还需要更多独立而无关的测量。但是该实验最终错误，是测量人员的技术失误。于2012年6月8日世界公布实验错误。

　　超光速的定义

　　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。

　　超光速的简介

　　它是宇宙的速度极限，也是我们借以认识宇宙的一个关键数据。不过，为了确定这个数值，科学家们真是很下了一番功夫。

　　古希腊数学家欧几里得相信，我们之所以能看见事物，是因为眼睛发出了光线。大英雄亚历山大宣称，因为我们一睁眼就能看见遥远的星星，说明星星发出的光不到眨眼工夫就已进入我们眼中，所以光速必定是无限大的。11世纪，巴士拉数学家艾尔哈赞发表了自己的《光学专著》，其重要性堪比牛顿的《数学原理》。艾尔哈赞在这本书中称，取决于光所穿越的介质的不同，光的速度也不同，并且光速是有限的。光在空气中穿越的速度，大于它穿越水和玻璃的速度。