当一个物体的速度达到光速的7%，另一个物体要追上前者需要多快的速度？
- 教育综合
- 2022-09-27 17:43:11
一个物体的速度能否超过光速？
快与慢是相对的，人们判别快慢往往需要一个参照物，要么与人走动的快慢相比，要么同静止的大地对照。两列火车相向行驶，一辆火车里的乘客看到另一辆火车飞弛而过，速度很快；若是两列火车同向行驶，一辆火车里的乘客会看到另一辆火车的速度不快甚至静止、倒退，这是由于乘客自身的运动速度不同，他观察到的另一列火车的速度也就不同；换一种说法，即物体运动的速度对于不同的参照系是可以不同的。但是，我们能不能就此得出结论：所有物体相对于“以不同速度运动着的参照系”的速度都是不同的呢？否！光速就是其一。实验和计算均证实，真空或空气中光速的大小与参照系的运动无关，在静止的火箭或是飞驰的火箭上去测光速总不变，它总是常数C，并且如果有一个物体的速度可以超过光速，会发生什么？
爱因斯坦以光速不变原理为基础之一创立了狭义相对论，由此推导出真空中的光速是宇宙中最快的速度，任何物体或者信息的传播速度都不会超光速。那么，如果速度超过光速会发生什么？为什么光速是宇宙速度上限？
虽然光速理论上不可超越，但在现实中确实有各种“超光速”现象，切伦科夫辐射就是一个例子。
切伦科夫辐射
光的传播速度与介质有关，在真空中最快，而在其他介质中会变慢。例如，光在水中的传播速度会下降25%，为真空光速的75%。在这种情况下，就有可能出现超光速的情况。
当核电站启动时，会在水中释放出速度超过水中光速的带电粒子。这些带电粒子的超光速运动会辐射出一系列短波电磁辐射，其中还有少部分蓝色可见光可以被我们观测到，这就是切伦科夫辐射。
宇宙空间膨胀
除了切伦科夫辐射之外，超光速的现象还包括宇宙膨胀引发星系超光速运动。宇宙膨胀导致空间中的星系被互相分离开来，每相隔1亿光年的距离，星系之间互相远离的速度就会增加2150公里/秒。
因此，距离我们10亿光年的星系会以21500公里/秒的速度在远离银河系。而距离我们140亿光年的星系远离银河系的速度达到30万公里/秒，速度已超光速（真空光速精确值不到30万公里/秒）。如果星系的距离达到465亿光年，其退行速度可以达到3.3倍光速。
量子纠缠效应
爱因斯坦曾经对于量子力学的哥本哈根诠释很不满，其中一个理由是量子纠缠效应远超光速。
根据量子纠缠效应，两个互相纠缠的粒子无论被分隔到多远的地方，哪怕是100亿光年外的地方，只要测量其中一个粒子的物理性质，另一个粒子的物理性质就会瞬间随之发生相应变化，例如，一个粒子经过测量之后，其自旋状态坍缩为上旋，那么，另一个纠缠粒子必然会坍缩成下旋。爱因斯坦将这种效应称之为鬼魅般的超距作用，其作用速度远超光速，可以说是无限快。
尽管上述三种情况都有出现超光速现象，但这与狭义相对论并不矛盾。光子在介质中的传播速度变慢，并非是光速真的下降了，而是因为光子与介质中的带电粒子相互作用，这会让光子的传播出现延迟，从而导致光的相速度降低，使得带电粒子可以出现超光速现象。
星系的超光速退行是由于空间超光速膨胀所致，空间不是任何物体或者信息，其膨胀速度不会受限于狭义相对论。同样地，量子纠缠效应也没有打破狭义相对论，因为这种超光速现象并没有传递任何信息。
根据狭义相对论，亚光速运动会带来时间膨胀效应，速度越接近光速，时间流逝速率越趋于零。有些人据此猜测，一旦物体的速度超过光速，时间将会逆向流逝，出现时间倒流的现象。
但事实上，狭义相对论禁止任何有质量的物体以超光速运动。因为静质量不为零的物体加速到光速需要无穷多的能量，它们甚至都无法达到光速。因此，我们无从推断出真正意义上的超光速现象。
