在2011年欧洲核碰撞物理实验中,物理学家在做中微子振荡实验时,得到了一个令人震惊的发现:在粒子加速器中,中微子在与光子相同的距离内比光子移动快60纳秒,比光子在同一时间内快约7千米。这一事件后来在杂志上发表,并在世界物理学中引起轰动。然而,就在物质世界对此有很多议论的时候,实验负责人后来声称“实验中的光缆有问题,导致了这一事件”,从而直接否定了超光速的可能性。

粒子碰撞实验

虽然事件已经过去一年了,但这个问题仍然存在争议:光速能被超越吗?为了解决这个问题,我们首先要看看为什么光速在物理学中被定义为物质运动速度的极限。至于这个理论,它自然是由著名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦第一次提出的。1905年,当他提出狭义相对论时,他明确地探索了光速。在狭义相对论的两个基本原理中,光速C有一个很高的位置,其中一个就是光速不变性原理,即光速在同一惯性系中保持不变。其次,它被认为是历史上最著名的等式:

m是运动质量,mo是静止质量,v是物体的运动速度,c是光速。也就是说,一个物体的总能量与其质量成正比,这个比值是光速的平方。如果把这个方程考虑进去,任何物体的质量在加速时都会增加,当速度达到光速时,质量会增加到无穷大,这是不可能的。因此,在经典物理学中,物质不能超过光速。

在狭义相对论中,还有另一个不能超过光速的论点,即洛伦兹变换。这是一组方程,推论是最简单的。我们可以举一个质量-速度关系的例子:当一个物体静止和运动时,它的质量是不同的。我们称不同的质量分别为静止和运动,两者之间存在洛伦兹因子差异。在转换过程中,如果物体的速度大于光速,分母将变成一个虚数。

量子纠缠

这两个推论无疑是非超光速的重要基础。此外,在托卡马克装置中从未发现超光速粒子。自然,超光速在物理上是被禁止的。虽然有人提出了一些相关的推测,如月球上的阴影在晃动时超过光速,量子纠缠等。不幸的是,许多看似可行的超光速现象无法传递信息,而这些推测后来在物理学中被一一否定。

然而,在天文观测中,一些实验却大大出乎我们的意料。1987年,科学家在天文观测中意外发现,当SN1987A超新星爆炸时,它同时发射出大量光子和中微子。在这次观察中,科学家们发现中微子比光子发射得早3个多小时,这在当时并没有引起太多的注意,但在后来被提及后逐渐被引用。