能不能超光速?

能不能超光速?

物体运动速度的大小就是我们常说的物体运动快慢。这在日常生活中是一目了然的:蜗牛爬得慢,飞机飞得快。快与慢是相对的,这里的快慢是与人走路或跑步的快慢相比较而言的。两列火车相向行驶交错而过一,辆火车里的乘客看到另一辆火车飞驰而过、速度很大。要是两列火车同向行驶,一辆火车里的乘客看到另一辆火车的速度不大,甚至静止、倒退。这是由于乘客自身运动速度不同,他观察到的另一列火车的速度也不同了。换一种说法,即物体运动的速度对于不同的参照系是可以不同的。

但是,我们能不能就此得出结论:一切物体运动的速度都是相对的,对于不同的参照系速度是不是不同的呢?这对于通常物体的运动是对的,对于光速却是例外。物理实验证实,光速大小与参照系的运动无关,在静止的火车上或是飞驰的火车上去测光的速度测出来都一样大。光速大小与光源的运动状态无关,如果将光源安装在火车上,火车静止也好、奔驰也好,测得的光速还是一样。光在真空中的速度大约是300 000千米/秒。这和人们的习惯想法不符,和经典的物理概念也不符,但这又是实验事实,这个实验事实以后称作光速不变原理。它是爱因斯坦相对论的主要支柱之一。相对论还得出结论:光速在所有已知速度中,它是最大的,任何物体的运动速度,不能超光速,光速是自然速度的极限。

当物体的速度接近光速时,物体的特性会发生意外的变化。其中之一是物体质量会随之增加,与光速愈接近,质量增加得愈大。

光速不可超越的结论对不对呢?大量事实证明这一结论是正确的。目前世界上最强大的加速器都无法将带电粒子如电子、质子加速到等于光速。

为什么在日常生活中我们观察不到相对论所预期的质量增加呢?因为通常物体运动的速度太小,质量增加的效应不明显。我们考察一下以每秒11千米的逃逸速度(脱离地球影响成为太阳行星的速度)运动着的火箭的质量增加多少?如果它在地面上是100千克(静止质量),则11千米/秒的速度只能增加0.35毫克。在加速器里的情况就不同,如果带电粒子的速度升高到250 000千米/秒,则它的质量将增大到静止质量的两倍以上,不仅要它加速越来越困难,还会出现由于质量增加产生的种种问题。

不久前,天文学家用射电望远镜发现,宇宙间有一种光学外貌似恒星并能发出很强无线电波的天体,叫“类星射电源”。其中有一些包括着两个射电的子源,它们以很大的速度相互分离。有的分离速度远远超过光速,如一个叫做3C273的类星射电源,两个子源的分离速度竟是光速的9.6倍。为了把观察的结果与理论上的限制统一起来,人们提出各种假设,其中有一种叫投影效应说,认为这像直角三角形直角边上有两点,互相以接近光速的速度分离,它们在斜边上的投影点可以做超光速分离。自从发现天体的引力场能使光线会聚的引力透镜效应后,又有科学家把这说成是引力透镜放大的结果。这只能说是一种超光速现象,也许由别的原因造成,还不能算超光速的实例。究竟能不能超光速?谁也说不清。