迪士尼彩乐园稳定吗 光速果真不可超越吗？
凭证狭义相对论，真空中的光速 c 是一个常数，即 299792458m/s，手脚一个速率值，它是退却被超越的。
也便是说，除了光，任何物资转移或信息传播的速率，齐不可能高出c。
但你知说念吗，这天下上偏巧就有超光速（FTL）的事！
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看到此，大多数东说念主可能会满脑子疑问——不可能吧？！
诸位莫急，且听小编安靖说念来。
1
两种畅通
咱们齐知说念，速率是用来描摹畅通快慢的物理量。一般情况下，速率是描摹质点相关于参照物的位置变化的快慢。 换句话说，一般的速率默许是一种相对速率，描摹的畅通叫相对畅通。
初中物理课中讲的”机械畅通“便是一种宏不雅的相对畅通，举例血液轮回、飞机飞行、气体流动和地球自转等等。
天然，除了机械畅通除外，还有分子热畅通、电磁畅通也属于相对畅通。
是以，什么是相对畅通？它便是物体相关于参照物的畅通，是指狭义相对论中所说的一切畅通。
因此，狭义相对论中所说的不超光速，天然便是指作相对畅通的物体的速率不超光速。
看到此，你约略意象超光速的一种可能性吧！
是的，要是某个畅通不是相对畅通，那它的速率应该不受狭义相对论的光速边界吧？
没错！它便是超光速的第一种情形！
然而，难说念还有什么不属于相对畅通的畅通吗？
有的！它叫本底畅通。
2
什么是本底畅通？
由于系统的举座变化而引起系统里面各部分之间分离或汇聚的畅通，叫作念该系统的本底畅通。
举几个例子你就懂了。
弹簧被拉长（压缩）时，各个部分齐相互隔离（濒临）；气球充气（放气）时，球面上各个点也齐相互隔离（围聚）；天地正在膨胀，天地中的星系正在相互隔离。
闪耀到没，本底畅通与相对畅通不同。领先，它并不依赖于某个参考系；其次，它莫得场所性，在系统中的任何极少，看到的着力齐一样。
更紧迫的是，本底畅通还原意一种法例：距离越远的点，相互之间的相对速率越大。
对膨胀的气球，洽商上头的两点，若它们之间的距离为 ，设此刻它们之间隔离速率为 ，当它们的距离为 时，它们的隔离速率应为 。
这种速率随距离的加多而加多的法例便是广义哈勃定律，即
其中 为广义哈勃常数。较着，当 时，本底畅通的速率将无限大。
那么，这违背相对论吗？
谜底是：并不违背！
因为，这个速率并不是描摹质点或者系统（举例星系）相对某个参照物的位置变化快慢的物理量。
3
天地膨胀速率
天地膨胀是一种典型的本底畅通，其速率可超光速。
当代天地学的圭表框架——ΛCDM模子以为，天地中充满着占天地总能零约69%的暗能量，它导致天地的加快膨胀。描摹这种空间自己的膨胀的法例即天地学的哈勃定律，即
其中 是星系隔离地球的速率， 是星系到地球的距离，而 是哈勃常数，其值随技术变化，当前值约为 。
闪耀到它的单元——千米每秒每百万秒差距！1秒差距是3.26光年，是以百万秒差距是一个终点大的距离——326万光年！
可见，天地膨胀唯独在极大的空间模范上才会体现出来，在太阳系致使这样小的空间上是不存在的，更别惦念由于空间膨胀导致你的身体扩张。
按照哈勃定律，离地球多远的星系，其退行速率会达到光速呢？这个临界距离值很容易得到，即
代入数据策画得
140亿光年！这便是哈勃半径。实践的天地早已高出这个尺寸——当代天地学给出的可不雅测的天地半径为465亿光年！是以地球上会看到，天地中有多数的天体正以超光速的速率隔离咱们而去。
你可能有一个疑问，为什么可不雅测天地的半径不是140亿光年？这是因为早期天地尺寸较小，膨胀的速率也较小，星系在其时发出的光仍然能被咱们看到。
天地膨胀描摹的是空间自己的畅通，莫得波及物资的畅通，是以不管膨胀速率多快，齐不违背相对论。
你不错设想这样一幅图景——无数的光之箭正在空间中按光速飞行，但它们不知说念的是，膨胀的空间还会带着它们更快的飞行，这使得光能在天地年齿138亿年的技术内抵达更远的距离——闪耀，这个距离致使高出465亿光年，仅仅不可被咱们看到散伙！
4
相对分合速率
寰球想想，还有哪些超光速情形呢？
有东说念主说：”啊，我的想绪遽然飞到了星河系除外！“
这天然不算，这仅仅一种情怀设想，阿谁所谓的星河系除外的天地就在你脑袋里，你的想绪最快也不会高出神经信号的速率。
有东说念主曾淡薄，他看到一个飞船向左飞行，速率是0.8c，另一个飞船向右飞行，速率亦然0.8c。这样一来，他就发现这两个飞船的相对分离速率是1.6c!
有东说念主可能会反驳——相对论速率不安妥伽利略速率变换，是以1.6c是错的，应该用洛伦兹速率变换才对。
不不不！这里是商榷不雅察者看到两个物体之间的分离速率，不雅察者本东说念主便是独一的参照系，不波及速率变换，是以1.6c这个速率没额外。
这便是所谓相对分合速率，它是的确的相对速率的数学运算末端，如下图所示
可见，它是通过矢量减法得到的，即
当两个物体沿相背场所畅通时，它的值最大，即
当二者的速率同向时，它的值最小，即
较着，相对分合速率最大不会高出2倍的光速。
5
出现速率
当你在一盏灯前边快速回荡一根棒子时，遥边远的一堵墙上的影子会更快地转移。相同的，当你快速回荡手中的激光灯时，它在边远的墙面上投射的光斑也会高速转移。
较着，只消墙面在满盈远的地方，不管影子或光斑，它们的速率齐有可能高出光速。
为什么这种速率会超光速呢？
领先，咱们知说念，影子朝一个场所的转移，可看作光斑朝相背场所转移，迪士尼彩乐园2是以，上述两件事实践上等价！只消讲授其一即可，底下就讲授光斑的情形。
为了更好地继续，咱们先来洽商一个更毛糙的事。
在畅通会开幕式上，一个巨大的饰演方阵随技术幻化出多样项目。设某一刻，左上角有5个东说念主举起手中的紫色小旗然后快速放下，就在这刹那间，最远的右下角5个东说念主举起手中的紫色小旗。
看台上的你可能会有一种嗅觉——这个紫色图案在遽然从左上角移到了右下角！转移的速率为
这种两地事件出当前的空间距离与技术差的比值，叫出现速率。
较着，出现速率不受光速边界，只消距离 满盈大，或者技术差 满盈小，它就不错比光速大，致使不错无限大。
为什么会这样？
因为，在出现速率中，物资实践上并未转移，转移的仅仅一种表象上的东西。它时时是一种畅通神气或现象，物理中称之为相。它并非物资，既然不是物资，转移的速率天然就不受光速的边界了。
从因果相关的角度看，每个元素的转移（举例光斑中的一个点）齐是以各自的出现速率来完成的，各个元素之间并无关联，是以光斑的前后位置之间并无任何因果相关，是以其速率不受光速的边界。
当事件的空间距离高大于其技术距离乘以光速时，光信号齐来不足接洽它们。是以，出现速率并不代表任何实践信号速率，那么它天然就不受光速的边界了。
6
德布罗意波波速
凭证德布罗意的表面，物资波，即所谓德布罗意波，其波速是指波的相速率，它原意
代入 和 得
由于粒子的速率 便是波的群速率，是以得到
既然物资粒子的速率 ，也便是波的群速率 不会高出光速，那评释德布罗意波的波速 老是比光速大。
如何继续德布罗意波的波速超光速这件事呢？
咱们知说念，数学上的简谐平面波，由于不佩戴信息，它不错超光速，而德布罗意波，不错看作空间中无数个数学上的波组合而成的波包。波包中心的速率便是粒子的速率，也即是群速率，但它包含的平面波并非可不雅测的波，当咱们不雅测它的时候，通盘的平面波齐遽然崩塌为物资粒子。
换句话说，咱们永恒看不到德布罗意波的波速，是以它天然就不会带来任何能量或信息的传递，是以它超光速并不带来任何实践性的影响，天然也不违背相对论。
7
快子的速率
凭证光速不变旨趣，表面物理学家发现，参考系之间必须原意庞加莱变换，据此推出，通盘可能的单粒子态有6种，其中有一种态对应的粒子的质料是虚数，它便是快子。
与平常物资粒子不同，快子的能量越大，它的速率反而越小，但不管若何加多它的能量，它的速率齐不会降至光速。关联词，快子仅仅一种表面上的杜撰粒子，实验上并未发现快子存在的任何迹象。
对平常的物资粒子来说，不管你若何给它加多能量，它的速率齐不可能增至光速。
而对光子来说，不管你何如主管它，真空中的光速永恒齐是恒定值c。
对光速而言，手脚一条渐近线，它就像超光速和亚光速天下的全齐樊篱，双方的粒子永恒无法穿越这说念樊篱。
是以，不是不可超光速，而是不可跳动光速。
换句话说，若粒子的速率正本就比光速小，那就永恒不会高出光速；而若粒子的速率正本就比光速大，那就永恒不会小于光速。
8
电磁波的相速率和群速率
电磁波手脚一种电磁振动在空间种的传播，它有群速率和相速率。永诀界说如下：
如下图所示，红色点转移速率代表相速，蓝色点转移速率代表群速。
有东说念主可能会问，光速c到底是群速率还是相速率？
谜底是，它既不是群速率，也不是相速率，它是指真空中的光速，是一个常数。天然，真空中的光，它的群速率与相速率齐等于c。
那么，电磁波群速率和相速率是否会高出光速c呢？
这个取决于波传播的介质的色散相关。举例，在折射率小于1的介质中，波的相速率可高出光速；而在反常色散介质中波的群速率也不错高出光速。
具体细节比拟繁琐，这里就不作先容了，有敬爱者可查阅接洽文件。
但相同地，电磁波的相速率和群速率超光速这件事，并不料味着电磁波的传播违背了相对论。
原因是，手脚按上述界说的相速率和群速率，它们与电磁波信号的传播速率并莫得宠必的接洽，因此这些超光速风光并不违背因果律，天然也就不违背相对论了。
9
有哪些超光速的事？
总而言之，咱们了解了如下几种超光速的情形。
天地膨胀速率，它是一种本底畅通，是空间的膨胀酿成的，可超光速。
相对分合速率，它是基于相对畅通速率取得的，可超光速，但不高出2倍的光速。
出现速率，它对应的物理事件自己莫得因果相关，故它不错是恣意大小的速率，天然可超光速了。
德布罗意波的波速可超光速，但由于波的不可不雅测，其波速自己也不具备任何可不雅测着力。
电磁波的相速率和群速率在有些情况下也可超光速，但并莫得实践的信号或能量被传递，是以也不违背相对论。
此外，量子纠缠的速率不错超光速，但这是由于量子的非局域性导致的，自己无法传递信息，是以也不违背相对论。
总的来说，天然超光速的确是存在的，但通盘的超光速情况齐不波及能量或信息的传递，是以齐不违背相对论。
参考文件
蔡志东.物理学中的两种畅通4种速率和“超光速”风光的结伴讲授[J].物理通报,2016,(02):125-129.\n张元仲. 反常色散介质超光速风光考虑的新剖析[J]. 物理,2001, 30(8): 456-460.
起原：物含妙理
裁剪：余荫铠
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