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光速是物理學中非常重要的一個概念。光在真空中的傳播速度大約是30萬千米每秒,遠遠超過日常生活中一些物體的運動速度。愛因斯坦給出狹義相對論後,人們進一步認識到光在真空中的傳播速度是物體運動速度的極限,沒有任何物體的運動速度能夠超過光速。同時,能量和資訊的傳輸速度也不能超過光速。

物質的運動速度之所以不能超過光速,是因為按照狹義相對論物體的品質會隨速度的增大而增大。當物體的速度趨近於光速時,物體的品質會趨於無窮大。把物質加速到這種程度需要消耗無窮大的能量,宇宙中沒有這麼多能量可用來加速這個物體,故物體的運動速度不能達到光速。

物質的運動速度不能達到光速並不是指宇宙中不允許出現超光速。人類已經發現了很多超光速現象,不過所發現的超光速都沒有違背相對論,因為那些超光速即沒有讓物質超光速運動,也沒有讓能量或資訊以超過光速的速度傳輸。可以用一個很簡單的例子來說明一下問題,黑暗的速度就可以超過光速。

黑暗是和光照相對應的,有光照就是光明,沒有光照就會變得黑暗。也許很多人會因此認為黑暗的傳播速度等於光速。黑暗的速度有時候是可以等於光速的,比如太Sunny從太陽到地球大約需要8分鐘的時間,如果找一個巨大的物體在太陽表面附近將太陽遮住,有一些地方就會變得黑暗。如果照向地球的光被遮住了,8分鐘後地球上才會變得黑暗。這樣看黑暗的速度和光速是一樣的。

現在設想這樣一個場景,在太陽兩側1光年處各有一面巨大的牆,如果沒有物體遮擋太陽,太Sunny會照亮兩面巨大的牆。這時候找一個巨大的物體在太陽附近將太陽遮住一側,1年後有一堵牆會因沒有光照而變得黑暗。然後迅速將巨大的物體移到太陽的另一側,再過1年另一堵牆就會變得黑暗。兩堵牆相距2光年,這堵牆上的黑暗到另一堵牆變得黑暗只用了1年的時間,看起來就是黑暗跨越2光年的距離卻只用了1年的時間。在這裡黑暗的速度超過了光速。

黑暗的速度超過了光速卻不違背相對論是因為黑暗本身什麼都沒有傳輸,沒有將物質從這裡送到那裡,也沒有能量從這裡送到那裡,這種超光速也不能用來傳遞資訊。與此類似你也可以讓光斑的速度超過光速。用鐳射筆在月球上投下一個光斑,然後猛地轉動手腕將光斑移到地面上。轉動手腕用了0.2秒,而光斑卻好像跨過了38萬千米。這個速度也是超光速的,當然這個超光速也沒有違背相對論。

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