作业帮当超越光速时 世界会怎样?尽管不太可能……
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/28 09:25:26
当超越光速时 世界会怎样?尽管不太可能……
当超越光速时 世界会怎样?
尽管不太可能……
当超越光速时 世界会怎样?尽管不太可能……
超过光速的30O倍
王利军(音)不是运动员,他的记录是发现了世界上速度最快的物体他和其在新泽西州普林斯顿的 NEC研究所的同事测出激光脉冲在 充满铯气体的容器中的速度似乎已 达到令人吃惊的1000亿米每秒.是公 认的真空光速的300倍
这项试验成了全球报纸重要新闻、 因其似乎违反了一条公认的定律—— 没有任何物质的运动速度能超过光速 麻省理工学院信息理论家塞思.劳埃 德说：“人们进行了各种这类试验、然而 说‘看,它比光速还快’”
但是,任何物体的速度都不可能 真正超过光速.虽然有时表面上似乎 如此.王利军的脉冲没有携带任何信 息.劳埃德说：“以这种方式你不可 能以超越光的速度传送信息.”如果 你能,你就能够逆时发出信息,从而 影响因果关系——认为原因总是先于 结果的观念.
王利军并末给他的脉冲编码,但 如果他做了这样的尝试情况会怎样?当 杜克大学的物理学家丹.高蒂尔在 2000年听说王的试验后,他问信息理 论家,什么是信息的速度极限.令他 吃惊的是没有—个人确切知晓.
倍息与速度
设计这样的试验非常困难,因为 我们对信息的基本性质几乎一无所 知,近—个世纪以来、物理学家一直 在争论如何确定信息的速度,一个传 递信息的信号与一个单纯的光速之间有何差别?大约150年前、奥地利物理学家波尔茨曼提出了一些线索,他意识到信息是一钟真实的物质量．就像温度 与压力.
原则上说,每—种形态的物质 ——从无质量的光子,到质量巨大的 黑洞---都可以用来传送信息,劳埃 德说：“当我们发出信号时.我们只 是在借助物质系统的特性,由它们携 带信息”从烟雾到信号旗．直到无 线电波和激光束,所有的一切都已被 用来传送信号.
爱因斯坦曾经指出,光子---构 成光、无线电信号和其他电磁波的无 质量粒子——总是以光速运动、也就 是说在真空中略低于30万公里每秒. 这种宇宙速度的极限被苏格兰物理学 家麦克斯韦引入了电磁学的一些公 式.为捍卫麦克斯韦的公式,爱因斯 坦断言,无论你运动的速度有多快, 光的速度总是不变、即便你坐在29.9 万公里的每秒的火箭里,你也会看到 在你后面发出一束光以30万公里每秒 的速度超过你.
根据这一论点---这是爱因斯坦 狭义相对论的基础---信息突破速度 的极限似乎是不可能的,因为无论什么物质承载信息都没有这种可能性.
挑战狭义相对论
但是．问题并非如此简单,早在1905年,当爱因斯坦提出他的理论时、他并不知道信息会成为今天这样重要的一种量,因此他没想,无论是以光还是以无线电波作为—种信号都 没有什么区别.
狭义相对论只解释了我们何以永 远达不到光的速度.即便是质量极小 的物体,随着速度的加快其质量也会 越来越大 因此,当你接近光速时, 你的火箭的质最就会变得极大,要实 际达到光速就需要无限大的能量 但 是,爱因斯坦的理论并末排除这样 一种可能性：或许存在其它奇异的物 质,它们固有的运动速度能够超过宇 宙极限速度.
因为我们并末完全了解信息的基 础,一些研究人员因此声称,信息传 递速度超过光速的可能性依然存在. 1967年,纽约洛克菲勒大学物理学家 杰拉尔德·范伯格指出,狭义相对论 并末排除某种粒子超越宇宙极限速度 的可能性,这些粒子很可能是在这些 “超光速粒子”里给信息编码,你就 能将信号逆时传送.但是,从未有人 发现一颗超光速粒子,因此,许多物 理学家都怀疑它们的存在.
量子力学的解释
其它关于超光速的说法出自于王 利军相似的试验,这类试验中最早的一 次是伯利加州大学的富蒙德·乔的 小组1933年进行的,乔指出,量子力学使光的脉冲显得能够突破宇宙极限速度根据量子理论,当一颗叫作光子的粒子碰到一面不透光的墙时,它有可能隧穿这面墙,而不是反弹回来
乔说,当脉冲里的光子隧穿—个 由极薄的钛白和石英玻璃制成的滤器 时,它们的速度能够超过光,他用隧 穿光子追赶在真空状态发出的一个光 脉冲、结果隧穿光子首先到达探测 器.乔说：这反映出它们穿过滤器的 速度似乎已达到真空光速的1．7倍.
尽管脉冲的速度看起来超过了真 空中的光速,但研究人员说,这种结 果是一种错觉.这可以从脉冲的性质 加以说明.一个脉冲包含许多波长略 有区别的光波、这就使脉呈现一种中 间突起的钟形,其两个未端则分别向 前后延伸.
当光通过一个滤器时.其大部分都 被吸收,再由原子重新发射出来、未被 吸收的光波隧穿滤器中的夹层,或者弹 离它们：最先被探测器记录的是运动最 快的隧穿光子.这些过程塑造了脉冲, 砍去了它拖着的尾巴,缩小了它的体 积,因此,当光脉冲从滤器中出现时,它 看上去就像一跃而出.如果你以脉冲到 达探测器的时间来衡量,就会断言那个 脉冲的速率是完整的,是“整体速率”, 快于光速.
但是．这种脉冲承载的信息能以 这种整体速率传输吗?信息能比光传得 更快吗?科隆大学的冈特.尼姆茨相信 能.他用微波将莫扎特的第40交响乐 编码,就像无线电发射机以无线电波 放送通俗歌曲一样.通常无线电和激 波以光的速度传播,但是,当尼姆茨 通过—个隧穿装置发射信号时．他发 现被编码的微波的速度是真空中的光 速的4.7倍.在他将信号解码后、莫扎特的杰作依然可辨.他说,这证明信息真的能比光传得更快.