相对论史话 光速极限

光速极限
关于超光速的话题还没完，还要解决一些你心中的疑惑。爱因斯坦说的没有物体的运动速度能够超过光速，准确的说是没有能量和信息的传递速度能超过光速；如果失去了这个前提，那么超光速的“东西”可就多了。比方说，你在地面上插一根棍子，用一只手电筒去照这根棍子，在棍子后面很远很远的地方（比如说在阿发达居住的潘多拉星球）上放一个白板，理论上这根棍子的影子就会出现在这个白板上。这时候你把手电筒轻轻转一个角度，那么在潘多拉星球的影子就会迅速移动，可以想象，只要距离足够长，这个移动的速度绝对会超过光速。

这个想法有一个很酷的名字，叫做“暗影之疾”，它并不违反相对论。因为首先影子并不能存储能量，所以这里没有能量的传递。我们再来看看，通过这个暗影之疾能不能传递信息呢？你可能想如果我在棍子上用刀小心的刻一个空心字“喂”，由影子组成的这个“喂”，在潘多拉星球上不就能以超光速传递了吗？我非常佩服你能想到这个点子，但是这个方法真的能让潘多拉星球上的人超光速传递信息吗？

好，那么就让我们来设想，在潘多拉星球上，男主角杰克站在白板的这头女主角奈特莉站在白板的那头。现在杰克跟奈特莉在分手的时候约好，如果看到一个山的影子，表示我们3点开始进攻人类的基地，如果看到一个4的影子，就表示4点开始进攻。捷克在前方侦查完敌情决定4点开始进攻，现在他要把这个星期传递给奈特利，可麻烦的是杰克必须先告诉远在地球的我，赶紧把4的影子扫过去，杰克跟我之间的信息传递马上碰到了光速极限问题，因此4点进攻的消息依然无法突破光速极限。

若取消能量和信息传递的这个前提，要得到超光速还有更简单的方法。比方说，你找一个晴朗的夏夜，站在满天繁星下面，脚尖点地来个轻巧的360度大旋转。乖乖不得了，整个宇宙都在你的眼中转了一圈，这个宇宙的转动速度何止光速，简直神速。对不起，你可以认为这种神速是超光速运动，但这并未违反相对论，因为没有实际的信息和能量在这个运动中传递。

总之，自从爱因斯坦得出的能量和信息的传递无法超过光速之后，有无数聪明人设计了各种各样的思维实验，经常有人宣称自己成功的设计出了炒光速信息传递的方案，可惜除了那种死不认账的质量还外，所有的方案都经不起推敲。直到1982年，法国人阿斯派克特领导了一个实验小组，成功的做了一个，可能会在历史上成为第2个mm实验的特殊实验，这个实验的名称叫做Epr实验，实验结果把相对论关于光速极限的推论逼到了墙角（注意我的用词，我可没有说政委或者推翻）。特别有趣的是，这个实验正是以爱因斯坦为首的三个科学家E代表爱因斯坦，P代表波多尔斯基阿尔代表罗森---提出的。最初只是一个思维实验，爱因斯坦他们的目的是为了嘲笑当时出生没多久的量子理论有多荒谬。因为在这个思维实验中，按照量子理论的说法，两个基本粒子居然可以在相隔很远的距离时，在光速都来不及跑完的时间内互相知道对方的旋转状态（基本粒子就是一种比原来还要小千万倍的某种粒子）。爱因斯坦和另外两个科学家嘲笑道：“哈哈，看看这有多荒谬，量子理论居然发明了超光速的信息传递。”这个思维实验是1935年提出来的，当时的爱因斯坦早已经是物理学界的权威，但是当时的技术条件还无法实现这个 Epr实验。

时光飞逝，时隔47年之后，爱因斯坦都过世27年之后的1982年，科学家们的实验条件终于具备，而实验结果震惊了全世界。被爱因斯坦称为荒谬的结论，居然是事实量子理论和相对论的矛盾彻底激化。 Epr实验到底有没有违法相对论这个话题引发了从物理学界到民间科学家旷日持久的热烈讨论关于这个话题，我们还将在第9章中详细说到。但直到今天，2016年9月15日为止，人类并没有发现任何超光速运动，所有关于超光速的报告都被证实是错误的。因此光速极限仍然是相对论的坚实基础。