物理学为什么不能研究超光速？ 第1页

实际上，科学界主流媒体还真的报道过超光速现象，但是后来那个事件被证实是一个乌龙。

物理本质上是一门实验科学，所有的证据都需要来源于实验。哪怕你的理论再完美、公式再漂亮，一旦不符合实验结果，就会被摒弃。

那么为什么一般没有见到超光速的研究呢？因为没有任何严格可信的实验证据表明超光速存在啊！（更准确的说法是，信息的传递速度不可能超过光速）

科学界曾报道过中微子超光速^[1]。2011年9月，OPERA研究小组报道了中微子的超光速运动现象，一时间引起了极大的讨论，有些人认为这可能会带来物理理论上的革命，但是更多科学家则是质疑实验的准确性，尽管研究小组声称实验非常可靠。

OPERA（英语：Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus）是一项旨在检测中微子振荡现象的实验。此项实验运用位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织超级质子同步加速器产生的高强度、高能量的CNGS（CERN Neutrinos to Gran Sasso）μ中微子束向730公里之外、位于意大利中部山区的格兰沙索国家实验室的地下实验室传送。

最终他们发现，是因为光纤缆线接触不良。将连接维修后，这问题不再发生。所以这则物理学史上的超光速的孤例，也被证明是有误的。所以，至今为止，还没有任何（包含信息传递的）超光速的可信实验证据。

最后我来讨论一下为何我一直在反复强调“包含信息传递”这件事情。实际上，不包含信息传递的超光速例子有很多。如果你本科学过相对论的话，相信很可能在课堂上老师就讨论过。

1. 激光笔照射到月球上

假如你有一支激光笔可以释放出特别强的激光，以至于你可以将激光打到月球上。那么当你摆动这支激光笔时，在月球上的光束移动速度等于角速度乘以地月距离，很可能是大于光速的！（线速度=角速度✖距离）

但是这样的超光速是没有传递任何信息的——移动的光斑超过了光速，但是每次的光斑都不是之前的光斑的。你的激光笔的摆动（真正的信息）依然需要1.3秒（地月距离除以光速）才能传递到月球上。

我来具体解释一下。比如A/B相距1光年，那么A用激光笔照射到B那里需要1年的时间。这时A快速摆动激光笔，那么在B那边的光斑移动速度会超过光速，但是移动的仍然是1年前的光斑。

这是正儿八经的教学内容，不明白为什么还有的人说“学过大学物理就不会说出这话”。那是因为你只学过大学物理……北大物理学院近代物理的相对论课程中会提到这个激光笔的例子的。

我们来引申一下，加入不是激光笔，而是一个长达一光年的棍子呢？如果我快速扭动它，是否最远端可以超光速？答案是不能，因为固体内相对运动的传输速度是格波的速度，也就是声速。

2. 相速度

如果你做关于X光有关的科研的话，你可能会知道X光折射率往往是小于1的。这样一来，X光在物质中的传播速度岂不大于光速？这是不是超光速呢？

实际上，这是相速度^[2]。相速度不传递任何信息，是可以超过光速的。而真正包含信息的群速度，在正常情况下，则不能超过光速。

另外，在一些非常特殊的情况下，比如反常色散，群速度是可以大于光速的。但是此时由于介质会强烈吸光，信号速度不再等于群速度，并且依然可以证明此时信号速度小于光速。

3. 量子纠缠

很多人也都听说过量子纠缠，听说过这是一种超距作用。两个出于纠缠态的粒子，哪怕已经分离到无穷远了，一旦其中一个粒子的状态塌缩，那么另一个也会瞬间塌缩。很多人还听说量子纠缠可以用于量子通信，那么是不是可以传递信息呢？比如《三体》中就有这样的内容。

实际上，量子纠缠的确可以认为是超光速的，但是量子纠缠本身并不传递任何信息。在量子通信中，虽然会用到量子纠缠，但是还是必须结合传统方式传递的信息才能复现结果的。而传统方式传递信息，则必然不会超过光速。所以，量子通讯也不会超光速，《三体》中的这部分也是有科学性错误的。

4. 宇宙暴涨理论

根据宇宙暴涨理论，在宇宙诞生的初期，有那么一段时间的膨胀速度超过了光速。关于这部分的细节，我就不太清楚了，只知道目前还有很多讨论和争议^[3][4]，比如有人认为光速是可变的^[5]。

参考

1. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/OPERA_(%E5%AF%A6%E9%A9%97)
2. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B8%E9%80%9F%E5%BA%A6
3. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E6%9A%B4%E8%84%B9
4. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E5%85%89%E9%80%9F#%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8%E8%88%87%E5%AE%87%E5%AE%99%E5%AD%B8
5. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%80%9F%E5%8F%AF%E8%AE%8A%E7%90%86%E8%AB%96