比光速快10亿倍的“速子”是如何不与相对论矛盾的？_粒子

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反应堆堆芯发出切伦科夫辐射的蓝光星际旅行是人类将面临的最大挑战之一。它是探索和理解宇宙的必要步骤。随着时间的推移，它变得越来越必要，也越来越困难。

随着宇宙继续以巨大的速度膨胀，即使是接近光速的速度也可能是不够的。离我们最近的恒星系统和星系发出的光将努力向我们靠近，它们的存在只能在我们的书籍和电脑程序中看到，这将不得不提醒我们，周围的天空并不总是看起来那么空。以光速运动，在两个星系之间的单向旅行需要数年时间。

爱因斯坦在1905年的论文中写道：“大于光速是不可能存在的。”“但现代科学和数学已经找到了聪明的方法来绕过这个问题，这些漏洞允许超光速，同时又不与相对论相矛盾。”

这个可视化显示了速子靠近时的样子。事实上，我们会看到它的两幅图像，每幅图像都朝着相反的方向。切伦科夫辐射由中间的白线表示。假设宇宙中有两种粒子。第一种是我们熟悉的粒子，它们构成了普通物质：质子、电子、中子。它们可以接近光速，但永远达不到或超过光速(例如，中微子就非常接近)。如果把能量和动量加到这些粒子上，它们就会加速。但是考虑另一类粒子，速子，它们的速度总是比光速快。它们是一种奇异的物质，当能量和动量被加入时，它们会减速而不是加速。在能量为零的情况下，速子以无限快的速度运动。也就是说，当速子失去能量时，它们的速度会更快，而当它们获得能量时，它们的速度会减慢，最慢的速度是光的速度。一旦它们达到光速，速子就消失了。这是探测它们的挑战之一。

这些速子不与相对论相矛盾的原因是它们不是以亚光速开始，然后加速到超光速。相反，它们总是以超光速运动。这个概念在数学上没有不妥的地方。物理学家杰拉德·范伯格在60年代首次向科学界介绍了速子，他预测这些粒子的速度可能比光速快10亿倍。它们在整个宇宙中穿梭，不与任何物质作用，却掌握着理解宇宙的钥匙。

科学家们在宇宙射线中寻找过速子。当它们到达时，这些闪着火花的“流星雨”正以99%的光速移动，携带着大量的能量并与大气中的分子发生碰撞。菲利普·克劳奇和罗杰·克莱的一项研究发现，可能是这些簇射之前的超光速粒子。虽然粒子的质量通常是在它处于静止状态时测量的，但速子的质量是虚构的。它只有在超光速下才有意义，但速子确实具有正常粒子的特性，比如自旋，或者有一个反粒子，在这种情况下就是反速子。在一个涉及速子的物理模型中，这些粒子对以虚拟粒子的形式存在于量子真空中，只有当像超新星或大爆炸这样的壮观的事件发生时，它们才会被传送到我们的世界。只有这样，速子才会离开量子真空，进入真正的真空，我们才有机会探测到它们。速子对使得科学家们可以去除相关的虚数，从而得到一个完美的结果。数学能够解释膨胀，并与现有的暗能量和暗物质属性数据很好地工作。因为它们会重新吸收几乎所有的光子，所以我们将无法看到速子。

还有其他方法来观察速子。

一个比光还快的带电粒子可以发射出所谓的切伦科夫辐射。如果在核反应中产生了速子，那么它们就会发出切伦科夫光的美丽光芒。但到目前为止，还没有实验证明这一点。辐射会降低速子的能量并提高其速度，导致失控的反应，从而产生巨大的能量。在这种情况下，如果粒子没有任何相互作用，速子理论就更有意义了。速子也不是通过散射正常物质来探测到的。我们对这些理论粒子无法控制。除非速子对我们这个世界的物质有某种影响，否则我们的速子理论永远不会完整。

我们可以在无线电波指南中找到希望。

在这幅图像中有三个波导的例子波导是由铜或铝制成的管道，无线电波和电磁模式通过这些管道。电磁模式比光的传播速度快，虽然它们本身并不是能量或物质，只是一种物理结构，一种不违背物理定律的模式。就像速子一样，我们无法将这些模式用作信息，因为在以超光速发送之前，需要以亚光速的速度对信息进行编码。但我们的界限是明确的——物体的移动速度肯定总是比光快。

如果超光速子真的能让我们拥有比光速还快的宇宙飞船，我们就需要跨越一个速度鸿沟。传统的驱动器可以达到99.99%的光速，但一旦达到光速，这个鸿沟必须被跨越，而永远不等于c。类似于原子核中的电子，它们从一个轨道转移到另一个轨道，释放出能量脉冲，我们称之为量子。就像这些粒子可以在能量状态改变时跳过轨道一样，一个推进系统也可以使用这种技术来弥补光速和超光速之间的差距。

如果这些粒子存在的话，它们将带来比星际旅行更壮观的景象。它们带来了时间旅行和因果关系的问题。因果关系是一种常识，认为一个原因会出现在一个事件之前，但超光速会产生悖论，因为超光速意味着时间倒退。根据观察者的不同，粒子可以前进，可以后退，也可以“现在”才消失。结果先于起因而来，答案先于问题而来。在理论物理学中，超光速可以用来与过去的自我沟通。

弗里德和盖伯里尼的速子模型产生了一种多元宇宙。湮灭对速子和反速子可能引起大爆炸，足以创造一个新的大爆炸很难说超光速下会发生什么现象。接近光速时，我们必须考虑时间膨胀。在某些情况下，宇航员访问一个新星系需要几十年，而在地球上已经过了数百万年。但无论它们是一种可能性还是仅仅是海市蜃楼，速子确实让我们认识到一个事实：星际旅行是要付出代价的。将会有试验和失败，相对论效应……然而，要继续在我们的宇宙中传播和生存，这是一个我们必须解决的问题。

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