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1 # 九維空間
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2 # 多維觀世界
光速是指光在真空中的速度,光在其他所有介質中速度均小於光速。所謂真空是指沒有任何物質存在的空間,當然這樣的絕對虛空空間現實中是不存在的,人們測量真空光速時也是在相對真空的空間裡測量的。
我們所在的太空空間中,存在太多微塵物質,各種微小粒子射線都會對光線的傳播產生影響。但是這種影響是有限的,雖然我們難以獲得絕對的真空環境來測定光速,但是可以推測絕對真空光速比這個299792458米每秒大不了多少。一般把30萬公里每秒作為真空光速是沒問題的。
至於在超出宇宙空間維度的四維空間裡,一切物理規律都不一定和我們這個宇宙空間相同。那裡光線速度多少真的不好說。可能很大很大,也可能很小很小。
光是電磁波。波有兩種速度,一種叫相速度,一種叫群速度。相速度v_p就是相位的傳播速度,表示式很簡單,v_p=\omega/k,其中\omega是頻率,k是波矢。相速度就是頻率除以波矢,也就是波的能量除以波的動量。群速度v_g的表示式為v_g=d\omega/dk,即頻率對波矢的導數,也就是波的能量對波的動量求導。二者有一個關係v_p*v_g=c^2,即二者乘積是光速c的平方,那麼二者只能有一個超光速,不可能同時超光速。
在介質中相速度可以超過光速。這個條件不難達到,光在色散介質中折射率小於1就可以。這樣的材料現在可以人工構建出來,稱為“超穎材料”。在這樣的介質中,光的頻率相比真空不變,但是光的波矢相比真空可以變小(普通折射材料裡光的波矢相比真空會變大)。但是因為相速度不能傳遞能量和訊號,所以這種“超光速”是沒有意義的。
在介質中群速度可以超過光速,這種介質稱為反常色散介質。這種反常色散非常有意思,在一些原子的非線性鐳射光譜中可以出現。反常色散使得d\omega/dk在某個頻率上可以出現大於光速的情況,稱為“快光”,在某些頻率上還可以出現為0的情況,可以用來做量子儲存。對於一般的介質來說,光的群速度代表了能量和訊號的傳播速度,所以相速度超光速沒事,群速度超光速就成了大問題。但是對於反常色散介質來說,因為有量子噪聲的存在,使得超光速的群速度也不能攜帶能量和訊號(論文見Phys. Rev. Lett. 86. 3925 (2001)),因此光在反常色散介質的群速度超光速也不是問題,不違反相對論(這個地方其實算作量子力學幫了相對論一把)。