光速是速度極限？普遍存在的超光現(xiàn)象

以前，質(zhì)量和能量在人們眼中一直是兩個(gè)獨(dú)立的概念。但在1905年，愛因斯坦永遠(yuǎn)地改變了物理學(xué)家看待這個(gè)世界的方式。

他的狹義相對論永遠(yuǎn)地把質(zhì)量與能量捆綁在一起，表達(dá)形式是再簡單不過的E = mc2。這個(gè)公式告訴我們一切具有質(zhì)量的物體，其運(yùn)動速度都不會達(dá)到或超越光速。人類所達(dá)到過最接近光速的情況是在強(qiáng)大的粒子加速器中完成的，比如大型強(qiáng)子對撞機(jī)和正負(fù)質(zhì)子對撞機(jī)。

這些巨型的機(jī)器可以將亞原子粒子加速至光速的99.99%以上，不過物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)得主David Gross解釋說這些粒子永遠(yuǎn)無法達(dá)到宇宙速度的極限。

要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們將需要無限大的能量，在此過程中，物體的質(zhì)量也會變?yōu)闊o限大，這當(dāng)然是不可能的。光的粒子之所以稱為光子，并能夠以光速運(yùn)動，是因?yàn)樗麄儾痪哂匈|(zhì)量。

愛因斯坦之后的物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些單位可以達(dá)到超光速狀態(tài)，同時(shí)仍遵守狹義相對論中的宇宙定律。這些現(xiàn)象并沒有違背愛因斯坦的理論，而是讓我們更深入地理解了光的奇異行為以及奇妙的量子世界。

光的“音爆”

當(dāng)物體的速度突破聲速時(shí)，會產(chǎn)生音爆。所以在理論上講，如果有物體運(yùn)動速度超過光速時(shí)，可能也會產(chǎn)生類似的“光爆”。實(shí)際上，這種現(xiàn)象在我們的世界上普遍存在，你用肉眼就可以看到。它叫做切連科夫輻射，在核反應(yīng)堆中會呈現(xiàn)為藍(lán)色輝光。

切連科夫輻射以蘇聯(lián)科學(xué)家帕維爾·阿列克謝耶維奇·切連科夫命名，他于1934年首次詳細(xì)記錄了這一現(xiàn)象，并因此于1958年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

切連科夫輻射之所以呈現(xiàn)出藍(lán)光是因?yàn)榉磻?yīng)堆的核心被浸沒在水中冷卻。在水里，光的速度只能達(dá)到其在宇宙真空中的75%，但是核反應(yīng)所產(chǎn)生的電子在水中的速度要大于光的速度。

諸如電子這樣的粒子，當(dāng)其在水中或者其他介質(zhì)中(比如玻璃)的運(yùn)動速度超過光速時(shí)，將產(chǎn)生類似于音爆時(shí)產(chǎn)生的激波。

• 引力波被證實(shí)，天文學(xué)新時(shí)代開啟
• 廣義相對論百年：牛頓力學(xué)怎樣被愛因斯坦推翻
• 愛因斯坦的終極夢想是什么
• 相對論100周年：愛因斯坦的遺憾還在
• 相對論：《星際穿越》中時(shí)空旅行的理論發(fā)展