原标题：真实世界中发现曲速泡？别急，超光速旅行为时尚早相对论要求“任何质点的速率都小于光速”，这里的速率特指对质点做当时当地测量所得的速率，即定域速率。只要与这个速度定义不等价，超光速未必违背相对论。——李理 中国科学院理论物理研究所副研究员科幻作品中的主人公经常借助一种被称为曲速引擎的工具进行超光速星际旅行。在《星际迷航》的虚拟宇宙中，曲速引擎就是一种超光速的推进装置。受此启发，从广义相对论出发，物理学家米圭·阿库别瑞于1994年提出科学意义上的曲速引擎概念。日前，国际知名期刊《欧洲物理杂志C辑》报道称，美国国防高级研究计划局（DARPA）物理学家哈罗德·怀特率领团队在真实世界中发现了一个曲速泡。有人认为，怀特的纳米级曲速泡有望为制造曲速引擎打开一扇门，引领人类进入超光速时代。对此，中国科学院理论物理研究所副研究员李理2月中旬对记者表示，怀特团队做了一些数值模拟，预言在某种特定的微结构下可以给出负的能量密度分布，这有些类似于维持阿库别瑞时空结构（曲速泡）所需要的负能量。但是其能否跟曲速泡或曲速引擎联系起来，还有待研究。负能量对超光速移动不可或缺理论物理学家加来道雄在《不可思议的物理》中指出，根据广义相对论，超光速移动有两种途径：延伸空间和卷曲空间。前者的最佳例子是曲速引擎，后者的例子则是虫洞。李理介绍，曲速引擎技术是在宇宙飞船外围创造出一种正常时空的人工气泡，被称为曲速泡。曲速泡附近的时空扭曲得非常厉害，飞船前方的空间被压缩，而后面的空间被拉长,这样飞船就会被曲速泡带着走。在离飞船非常远的人看来，飞船的速度可以超过光速，而飞船里的船员会认为自己是静止不动的。“整个泡泡移动时带着太空船前进，某种意义上类似于小船在河里被水流带着漂流。”他比喻道。阿库别瑞1994年提出的使时空扭曲的具体设想，可达到能以任意“速度”飞行的效果，但是这一时空结构（指曲速泡）需要具有负能量的奇异物质来维持。“通常，物理学家们首先采用正能量来推进一艘宇宙飞船，其移动速度永远慢于光速。为了超越光速，必须更换燃料。”加来道雄在书中写道，对于超光速而言，负能量不可替代，而且也许负能量确实存在。对此，李理解释说，将宇宙飞船以超光速推进必然要找到具有负能量的物质，科学家们在自然界中寻找负物质的努力迄今为止尚无结果，其也尚未被证明存在，这和虫洞遇到的情况一样。李理表示，目前人们已知和负能量最接近的能量是通过所谓的卡西米尔效应产生的，该效应指两块靠近的金属板之间存在吸引力。而这实际上是量子效应造成的金属板之间区域的能量密度低于金属板外面。通常认为金属板外面区域的能量密度为零，所以金属板之间区域就具有负的能量密度。李理表示，这也是怀特团队所报道的负能量密度的来源。曲速泡的超光速移动并不违背相对论光速是一个极限速度, 任何物体的运动速度都无法超过光速。这个狭义相对论中的观念已经深入人心。如果物体运动接近光速，将会带来显著的尺缩效应、钟慢效应以及质增效应。那么，曲速泡的超光速移动违背相对论吗？李理强调，这里的“超光速”只是一种表观的超光速，并不违背相对论。他解释道，相对论要求“任何质点的速率（速度的大小）都小于光速”，这里的速率特指对质点做当时当地测量所得的速率（定域速率）。只要与这个速度定义不等价，超光速未必违背相对论。“相对论虽然对物体的运动速度给出了限制，但是对空间自身的膨胀速度没有任何限制。”李理举例，当前宇宙在加速膨胀，两个星系相互远离的速率随着距离的增加而增加，对于距离足够远的星系退行速率将大于光速，但是这并非因为星系（团）本身的运动，而是因为空间本身在膨胀，此时的“超光速”不违背相对论。在他看来，曲速引擎的“超光速”移动也可以归结为空间膨胀。“飞船在曲速泡中本身相对泡泡并不移动，这样就避免了相对论中提出的质增效应和时间膨胀效应（钟慢效应），与此同时，曲速泡附近的时空扭曲得非常厉害，带动整个曲速泡和泡泡内的飞船前进。”李理说。超光速旅行理论上不可行1905年，爱因斯坦发表了《论运动物体的动力学》，建立了狭义相对论。狭义相对论基于两条基本原理：光速不变原理和狭义相对性原理。更重要的是，爱因斯坦将时间和空间统一为一个整体“时空”。李理介绍，在狭义相对论中，两个事件从一个参考系来看是同时的，而从另一个相对运动的参考系来看就不再是同时的事件了。“正是这种对牛顿绝对时空观的破坏导致了许多看似反常的现象，最典型的三个效应就是尺缩效应、钟慢效应以及质增效应。”他指出。最核心的一点就是“同时”的相对性。比如测量尺子长度，需要同时测量尺子的两端坐标，根据两者之差得出尺子长度。对于静止的尺子来说这很容易做到，但是在尺子运动的情况下就变得复杂。由于同时是相对的，运动参考系中的同时测量跟静止系不同。这种尺缩效应不是弹性之类的物理机制在起作用，而完全是一种运动学效应。物理的尺子只有一把，但是不同惯性系有不同的“同时面”，导致测到不同的长度。同样的运动学效应还有钟慢效应，即对于运动的物体，其变化用静止观者的时钟去测量会变慢。尺缩效应中没有任何东西真正收缩，钟慢效应中也没有任何钟的走时率真正变小。更具体地说，尺缩和钟慢效应都来自于狭义相对论中要求物理定律的形式在洛伦兹变化下不变（洛伦兹协变性），质增效应也是这种情况下一个直接的结果。李理表示，在运动物体的速度接近于光速的极端情况下，尺缩比例会变得无穷大，时钟会变得像停住了一样，此外物体的质量（能量）在接近光速时也趋于发散。这意味着需要无穷大的能量才能使物体的速度达到光速，从中可以看到光速是一个极限速度, 任何物体运动都无法超越光速。在速度远远小于光速时，相对论效应就无法体现，牛顿力学可以作为狭义相对论在低速情况下一个好的近似。“狭义相对论中的这些效应已经得到了大量实验的验证，甚至在我们日常生活经常使用的卫星导航系统也必须考虑钟慢效应的影响。”李理补充道，狭义相对论跟量子力学结合产生的量子场论在描述亚原子粒子方面取得了巨大成功，建立了统一描述电磁力、强力和弱力三种基本相互作用的粒子物理学标准模型。令人惊叹的是，相对论在化学中也非常重要，重元素原子内层电子平均速度可以高达光速的三分之二，从而必须考虑相对论效应，这就导致了日常见到的金子闪亮亮的金黄色和水银的低熔点。作为假想的超光速理论暂无存在证据不论是广义相对论还是量子场论，都不允许定域速率超过光速。如果观测发现定域速率超过光速的情况，将会对基础物理学产生重大挑战。2011年意大利格兰萨索国家实验室下属奥佩拉（OPERA）实验小组的研究人员在实验时发现了“中微子超光速”现象，造成了巨大的轰动，然而最终发现这是由于实验装置存在问题导致的错误结果。人们也基于各种动机提出了一些超光速的理论。快子（tachyon）就是一种理论上假想的超光速粒子，它总是以超光速运动。理论上也可能存在由快子组成的宇宙，但人们还从未发现快子存在的直接或间接证据。此外，还有一些修改的引力理论也存在超光速传播现象,如有些具有高阶导数修正的引力理论和双度规理论。“客观来说，这些理论或多或少都存在一些问题，目前也没有发现任何可信的超光速的实验迹象。但是，科学的发展告诉我们，保持开放的思想十分必要。”李理表示。来源：科技日报}

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光速不可超越似乎是我们这个宇宙的初始设定时的一项重要参数，因为到现在为止关于速度的一切发现，光速都是天花板，宏观物体我们没有能力加速到光速，但对于微观粒子，可以加速到99.999999%的光速，但始终距离光速有一步之遥！
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大家印象最深的星战中的超光速，但其实超光速不是这样光速不可超越，不仅无法超越，甚至连达到都不能，而接近都那么困难！为什么光速不可超越？我们现在知道光速大约30万千米/秒，这速度实在是太快了，这导致了测量技术与手段缺乏的古代，认为光速是无穷大的，因为从现实中观察到的光速都不要时间！
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第一个测量光速的科学家是伽利略，很可惜他用两个灯笼打开的方式很明显无法测量出光速，第一个用科学方法测量光速的是丹麦天文学家罗默，1676年木星卫星食的延迟原因的推测上他认为是光速有限速度所致，并且测量出光速大约是22万千米/秒。
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准确测量光速的大神是傅科，他用齿轮法准确的测出了光速，而且一直到现在，这个光速的精度仍然是很高。1950年路易斯·艾森用谐振腔所得出的光速值为299792.5±1km/s，1972年美国科罗拉多州波德的国家标准技术研究所利用激光干涉法测定光速，得出c=299792456.2±1.1m/s
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傅科测量光速原理图1983年的第17届国际计量大会将1?299792458秒内光在真空中所运行的距离定义为1米，因此光速已经被固定，而更精确的米才是要测量对象。从麦克斯韦到爱因斯坦麦克斯韦方程组中可以推导出光速是一个恒定值，所以光速也是可以被算出来的，而在以太漂移实验中的零结果，洛仑兹解释为运动方向上长度减少所致，但仍然坚持以太，结果十几年后爱因斯坦直接抛弃了以太概念拿出了狭义相对论，洛仑兹肠子都悔青了！紧接着质能方程也推导出来！
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迈克尔逊-莫雷测试装置示意图其中参考了洛仑兹的长度缩短和时间增加等洛仑兹变换的概念，但抛弃了以太，爱因斯坦也说如果他没有推出狭义相对论，那么其他人（十有八九是洛仑兹）也会在5-10年内搞定狭相！
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光速无法达到，这是狭义相对论中推导出来的结果，而所有实验指向都同样如此，一个质增效应就会让所有在速度上的努力付诸东流，这就欧洲粒子中心无论怎么加速，都不可能让质子束达到光速，而只能无限接近光速的原因，至于有多接近，那么就看人类的加速器规模了！
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刘慈欣的《朝闻道》中有一个有趣的设定，即人类制造了换赤道的加速器，却被超级文明没收了，被告知是加速器能量超过了宇宙大爆炸的能量级别，会导致宇宙进入不可逆的真空衰变，挺有意思，各位可以了解下！宇宙中的超越光速的现象尽管说光速不可超越，但事实上宇宙中存在很多超光速现象，比如德布罗意波就是超光速的，还有你打着激光笔，迅速划过天际，那个轨迹也同样超光速了，那么是否表示宇宙中光速可以超越，爱因斯坦的相对论错了吗？红点以相速度运动，绿点以群速度运动。红点从左向右运动的过程中两次跨过绿点，相速约略为群速度2倍信息传递不可超过光速，所以德布罗意波的相波超光速并不违反这个设定，所以下面来看看那些超越光速甚至还能被观测到的现象，到底有哪些！切伦科夫辐射这是介质中的粒子超越光速所辐射的电磁辐射，这是1934年，苏联物理学家切连科夫发现的。1937年，另两名苏联物理学家弗兰克和塔姆成功地解释了切连科夫辐射的成因。1958年，三人因此共同获得了诺贝尔物理学奖。
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因为光在水中的速度只有真空中的75%，所以我们所说的光速不变必须要加一个前提，也就是真空中光速不变，那些核反应堆中的带电粒子超过水中的光速时，散发出的类似于超音速飞行时音爆，当然只能做个比喻！宇宙膨胀超过光速这是从弗里德曼和勒梅特爱因斯坦广相中推导出来，后被哈勃观测证实的宇宙膨胀，经过现代多种手段测定后当前采用的膨胀速度是67.15千米/秒·百万秒差距，按这个速度推算，宇宙大约在145亿光年外膨胀超过光速。
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但其实这并不是天体运行的速度，而是临近空间的膨胀所累积，它们相对于邻近天体的速度仍然遵守膨胀的速度比，也就是67.15千米/秒·百万秒差距，只是在我们看来似乎已经超光速了，不过超越了光速的区域我们永远都看不到，因为光用不可达。
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除了这两个外还有量子纠缠效应，这个是爱因斯坦提出的EPR佯谬中延伸出来的实验，现在被用来作为量子密钥分发，但对于两个纠缠的量子来说无论处在何时何地，在观测之前都是叠加态，所以距离根本就不是什么问题。
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还有一种是假设中的快子，其实狭义相对论并非不允许以光速以上的速度运行，只是不允许降低到光速以下，这是是一种理论上预测的超光速亚原子粒子。这种由相对论衍生出的假想粒子，总是以超过光速的速度在运动，所以它即使存在，我们可能也无法检测到！
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所以，这就T-M-D是一句废话，这个假设科学家赚了，他们终于设定了一个无法证伪的假设，但却无法反驳他，算他们赢吧，所以这就是一个问题，你是相信快子有还是没有呢？留言投票吧！
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原标题：真实世界中发现曲速泡？别急，超光速旅行为时尚早 视觉中国供图 相对论要求“任何质点的速率都小于光速”，这里的速率特指对质点做当时当地测量所得的速率，即定域速率。只要与这个速度定义不等价，超光速未必违背相对论。——李理 中国科学院理论物理研究所副研究员科幻作品中的主人公经常借助一种被称为曲速引擎的工具进行超光速星际旅行。在《星际迷航》的虚拟宇宙中，曲速引擎就是一种超光速的推进装置。受此启发，从广义相对论出发，物理学家米圭·阿库别瑞于1994年提出科学意义上的曲速引擎概念。日前，国际知名期刊《欧洲物理杂志C辑》报道称，美国国防高级研究计划局（DARPA）物理学家哈罗德·怀特率领团队在真实世界中发现了一个曲速泡。有人认为，怀特的纳米级曲速泡有望为制造曲速引擎打开一扇门，引领人类进入超光速时代。对此，中国科学院理论物理研究所副研究员李理2月中旬对记者表示，怀特团队做了一些数值模拟，预言在某种特定的微结构下可以给出负的能量密度分布，这有些类似于维持阿库别瑞时空结构（曲速泡）所需要的负能量。但是其能否跟曲速泡或曲速引擎联系起来，还有待研究。负能量对超光速移动不可或缺 理论物理学家加来道雄在《不可思议的物理》中指出，根据广义相对论，超光速移动有两种途径：延伸空间和卷曲空间。前者的最佳例子是曲速引擎，后者的例子则是虫洞。李理介绍，曲速引擎技术是在宇宙飞船外围创造出一种正常时空的人工气泡，被称为曲速泡。曲速泡附近的时空扭曲得非常厉害，飞船前方的空间被压缩，而后面的空间被拉长,这样飞船就会被曲速泡带着走。在离飞船非常远的人看来，飞船的速度可以超过光速，而飞船里的船员会认为自己是静止不动的。“整个泡泡移动时带着太空船前进，某种意义上类似于小船在河里被水流带着漂流。”他比喻道。阿库别瑞1994年提出的使时空扭曲的具体设想，可达到能以任意“速度”飞行的效果，但是这一时空结构（指曲速泡）需要具有负能量的奇异物质来维持。“通常，物理学家们首先采用正能量来推进一艘宇宙飞船，其移动速度永远慢于光速。为了超越光速，必须更换燃料。”加来道雄在书中写道，对于超光速而言，负能量不可替代，而且也许负能量确实存在。对此，李理解释说，将宇宙飞船以超光速推进必然要找到具有负能量的物质，科学家们在自然界中寻找负物质的努力迄今为止尚无结果，其也尚未被证明存在，这和虫洞遇到的情况一样。李理表示，目前人们已知和负能量最接近的能量是通过所谓的卡西米尔效应产生的，该效应指两块靠近的金属板之间存在吸引力。而这实际上是量子效应造成的金属板之间区域的能量密度低于金属板外面。通常认为金属板外面区域的能量密度为零，所以金属板之间区域就具有负的能量密度。李理表示，这也是怀特团队所报道的负能量密度的来源。曲速泡的超光速移动并不违背相对论 光速是一个极限速度, 任何物体的运动速度都无法超过光速。这个狭义相对论中的观念已经深入人心。如果物体运动接近光速，将会带来显著的尺缩效应、钟慢效应以及质增效应。那么，曲速泡的超光速移动违背相对论吗？李理强调，这里的“超光速”只是一种表观的超光速，并不违背相对论。他解释道，相对论要求“任何质点的速率（速度的大小）都小于光速”，这里的速率特指对质点做当时当地测量所得的速率（定域速率）。只要与这个速度定义不等价，超光速未必违背相对论。“相对论虽然对物体的运动速度给出了限制，但是对空间自身的膨胀速度没有任何限制。”李理举例，当前宇宙在加速膨胀，两个星系相互远离的速率随着距离的增加而增加，对于距离足够远的星系退行速率将大于光速，但是这并非因为星系（团）本身的运动，而是因为空间本身在膨胀，此时的“超光速”不违背相对论。在他看来，曲速引擎的“超光速”移动也可以归结为空间膨胀。“飞船在曲速泡中本身相对泡泡并不移动，这样就避免了相对论中提出的质增效应和时间膨胀效应（钟慢效应），与此同时，曲速泡附近的时空扭曲得非常厉害，带动整个曲速泡和泡泡内的飞船前进。”李理说。超光速旅行理论上不可行 1905年，爱因斯坦发表了《论运动物体的动力学》，建立了狭义相对论。狭义相对论基于两条基本原理：光速不变原理和狭义相对性原理。更重要的是，爱因斯坦将时间和空间统一为一个整体“时空”。李理介绍，在狭义相对论中，两个事件从一个参考系来看是同时的，而从另一个相对运动的参考系来看就不再是同时的事件了。“正是这种对牛顿绝对时空观的破坏导致了许多看似反常的现象，最典型的三个效应就是尺缩效应、钟慢效应以及质增效应。”他指出。最核心的一点就是“同时”的相对性。比如测量尺子长度，需要同时测量尺子的两端坐标，根据两者之差得出尺子长度。对于静止的尺子来说这很容易做到，但是在尺子运动的情况下就变得复杂。由于同时是相对的，运动参考系中的同时测量跟静止系不同。这种尺缩效应不是弹性之类的物理机制在起作用，而完全是一种运动学效应。物理的尺子只有一把，但是不同惯性系有不同的“同时面”，导致测到不同的长度。同样的运动学效应还有钟慢效应，即对于运动的物体，其变化用静止观者的时钟去测量会变慢。尺缩效应中没有任何东西真正收缩，钟慢效应中也没有任何钟的走时率真正变小。更具体地说，尺缩和钟慢效应都来自于狭义相对论中要求物理定律的形式在洛伦兹变化下不变（洛伦兹协变性），质增效应也是这种情况下一个直接的结果。李理表示，在运动物体的速度接近于光速的极端情况下，尺缩比例会变得无穷大，时钟会变得像停住了一样，此外物体的质量（能量）在接近光速时也趋于发散。这意味着需要无穷大的能量才能使物体的速度达到光速，从中可以看到光速是一个极限速度, 任何物体运动都无法超越光速。在速度远远小于光速时，相对论效应就无法体现，牛顿力学可以作为狭义相对论在低速情况下一个好的近似。“狭义相对论中的这些效应已经得到了大量实验的验证，甚至在我们日常生活经常使用的卫星导航系统也必须考虑钟慢效应的影响。”李理补充道，狭义相对论跟量子力学结合产生的量子场论在描述亚原子粒子方面取得了巨大成功，建立了统一描述电磁力、强力和弱力三种基本相互作用的粒子物理学标准模型。令人惊叹的是，相对论在化学中也非常重要，重元素原子内层电子平均速度可以高达光速的三分之二，从而必须考虑相对论效应，这就导致了日常见到的金子闪亮亮的金黄色和水银的低熔点。作为假想的超光速理论暂无存在证据 不论是广义相对论还是量子场论，都不允许定域速率超过光速。如果观测发现定域速率超过光速的情况，将会对基础物理学产生重大挑战。2011年意大利格兰萨索国家实验室下属奥佩拉（OPERA）实验小组的研究人员在实验时发现了“中微子超光速”现象，造成了巨大的轰动，然而最终发现这是由于实验装置存在问题导致的错误结果。人们也基于各种动机提出了一些超光速的理论。快子（tachyon）就是一种理论上假想的超光速粒子，它总是以超光速运动。理论上也可能存在由快子组成的宇宙，但人们还从未发现快子存在的直接或间接证据。此外，还有一些修改的引力理论也存在超光速传播现象,如有些具有高阶导数修正的引力理论和双度规理论。“客观来说，这些理论或多或少都存在一些问题，目前也没有发现任何可信的超光速的实验迹象。但是，科学的发展告诉我们，保持开放的思想十分必要。”李理表示。编辑：邱世杰}