你知道吗，这四种宇宙存在比光速还快！

爱因斯坦狭义相对论（Special Theory of Relativity）中，质量与能量持久不变的连系在一路，形当作一个简单的根基方程式 E=mc?，这个小小的等式展望了，没有任何有质量的工具在移动时，速度可以和光速一样，或者超越光速。

人类比来一次可以或许达到光速，是在强力的粒子加快器傍边，如年夜型强子对撞机（Large Hadron Collider）和兆电子伏特加快器（Tevatron）。

这些复杂的机械促使次原子粒子加快达到 99.99% 的光速，然而就如诺贝尔物理学奖得本家儿年夜卫·葛罗斯（David Gross）的阐释，这些粒子永远无法达到宇宙的速限。

若是要能达到的话，在过程中需要无限年夜的能量，是以这个物体的质量也会变得无限年夜，而这是不成能的。(光的粒子称作光子，而它之所以能以光速移动，乃是因为它没有质量。)

自爱因斯坦以来，物理学家发现有些存在可以达到超光速（意指比光速还快），而且仍遵循狭义相对论中所本家儿张的宇宙常规。

固然这些存在无法辩驳爱因斯坦的理论，但却让我们对光及量子界的独特行为能有洞察领会的机遇。

与光相媲美的音爆

当物体移动速度要比声速快时，它们会发生音爆。是以，理论中若是有工具移动的速度要比光速快，则它可能可以发生某种像“光爆”的工具。

光爆在哪能看到？其实这种现象天天城市呈现活着界各地的设备傍边，肉眼便可不雅察到。它叫做契忍可夫辐射（Cherenkov radiation）。

核反映炉中会呈现这种蓝灰光，下面图片是由爱达荷国度尝试室（Idaho National Laboratory）中进步前辈测试反映器（Advanced Test Reactor）所呈现出来的。

契忍可夫辐射是以苏联科学家Pavel Alekseyevich Cherenkov之名作为定名，在1934年他当作为第一位测量到此光的人，并以此发此刻1958年获得诺贝尔物理学奖。

契忍可夫辐射之所以发出白热光，是因为在进步前辈测试反映器的中间部位必需连结冷却，因而里面布满了水，而在水中，光速仅能达到它在外太空真空状况下的75%，但此刻在焦点中由内部辐射所缔造出来的电子，在水中移动的速度倒是比光要来得快。

就像这些光子一样，粒子在水中的速度要比光速还快，而且它们在其他像是玻璃的前言物中，也可以发生近似音爆的震波。

例如，当火箭穿越空气时，会在前端引起压力波，而此压力波将以声速分开火箭，当火箭越接近音障之时，压力波自物体轨道分开的时候就越少。

一旦火箭速度赶上声速时，形当作一串的波就会发生震动，而在那之前则会形当作清脆的音爆。

同样的，当电子在水中穿越的速度要比光在水中的速度快时，电子就会激发光的震波，所以有时不仅会呈现蓝光，也会呈现紫外线光。

当法则不合用时

记得在爱因斯坦狭义相对论中有陈述，没有任何有质量的工具可以或许比光速还快，数年来宇宙简直是遵循阿谁法则。但若是没有质量的工具会若何呢？

就光子的素质来说，它们是无法超越光速的，可是光的粒子并非全宇宙中独一没有质量的存在。看似空无一物的空间傍边，其实蕴含了无形的物质，是以就界说而言，空也是没有质量的。

理论天体物理学家 Michio Kaku 曾说：“既然没有任何工具只是纯真空无一物的空间或处于真空状况，又没有任何有形的物体可以打破光速边界，那么空间必然可以扩展到比光还快”。

物理学家们认为宇宙年夜爆炸之后即刻发生的状况就是如斯，而这个期间称为年夜爆胀，在 1980 年月由物理学家阿兰·古斯（Alan Guth）及安德烈·林德（Andrei Linde）首度提出如许的假设。

在百万分之一秒的百万分之一的时候之内，宇宙再三的双倍扩张，是以宇宙的外缘得以快速扩展，而速度甚至比光速还快。

量子纠缠

量子纠缠听起来复杂又吓人，可是就最初的纠缠而言，只是次原子粒子彼此互相沟通交流罢了。

Kaku 诠释道：“按照量子理论来说，若是我有两颗电子靠得很近，它们可以协调的一路震动”。

此刻，即使把那两颗电子分隔至距离有几百光年甚至几千光年之远，它们之间即时通信的桥梁依然可以连结通顺。

Kaku 说道：“若是我轻摇一颗电子，则另一颗电子立即能‘感应’到这个震动，如许的通信比光速还快。固然没有任何工具可以超越光速，但爱因斯坦想到了这点，因而辩驳了量子理论”。

事实上，1935 年时，爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）及纳森·罗森（Nathan Rosen）试图进行一场有如爱因斯坦提出的“鬼怪般步履的超距感化”之思惟尝试，并藉此辩驳量子理论。

然而嘲讽的是他们的陈述为现今称之为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论（Einstein-Podolsky-Rosen paradox；EPR）奠基了根本。

此悖论本家儿要在描述量子纠缠的即时通信，而此对于宿世界上一些最尖端科技，如量子暗码学而言，是不成或缺的主要部门。

虫洞的胡想

既然没有任何有质量的工具可以超越光速，那么你可以和星际观光说再会了，至少，就传统概念里的太空飞船及飞翔是如许没错。

可是爱因斯坦固然以狭义相对论摧毁了我们深切太空进行道路观光的胡想，可他却在 1915 年用广义相对论（General Theory of Relativity）给了我们前去星际旅游的但愿。

固然狭义相对论本家儿如果在于质量与能量的连系，但广义相对论则是将空间与时候编织在一路。

Kaku 说道：“要打破光速边界独一可行的方式，也许透过广义相对论以及空间时候的扭曲可以告竣”。

而这里所指的扭曲，就是我们俗称“虫洞”，就理论而言，透过虫洞可以让某些工具在最即刻的时候内进行年夜规模距离的观光，是以根基上，它可以让我们打破宇宙速限，在很是短暂的时候内进行长距离的观光。

理论物理学家基普·索恩（Kip Thorne），也就是片子《星际效应》的科学参谋及执行建造，他曾在 1988 年时，运用爱因斯坦广义相对论的等式展望，虫洞永远为太空观光而打开的可能性。

可是为了能穿越，虫洞中需要一些不成思议，独特的物质让它们连结敞开。

索恩在他的《星际效应：片子幕后的科学事实、猜测与想像》（The Science of Interstellar）一书中提到：“感激量子物理心猿意马律带来的不成思议，现在独特的物质可存在于黑洞中，真是令人感应诧异”！

而这个独特的物质在我们地表的尝试室中就可以制造出来，只是数目很是的少。

当索恩在 1988 年提出这个不变的虫洞理论时，他号召物理学界协助他鉴定，宇宙中是否存有足够的独特物质，可以或许撑持虫洞的这个可能性。

索恩写道：“这件事激发很多的物理学家起头进行良多的研究，然而到了此刻，已快要 30 年了，这个谜底仍是未知数”。

就此刻而言，看起来不乐不雅，他总结的说：“但我们距离最后的谜底，还很远呢”。