超光速存在嗎　來自物理網資料整理

2000年7月，由于英國《自然》雜志發表了一篇關于“超光速”實驗的論文，引起了人們對超光速倒底是否存在的討論。其實對在介質中使光脈沖的群速度超過真空中光速c，科學家們早有研究，而Nature中報道的這個實驗就是實現了這種想法。但是這并非是人們想象的那種所謂違反因果律(或者相對論)的超光速，為了說明這個問題，讓我們看一看由華人科學家王力軍所做的這個實驗。

光脈沖是由不同頻率、振幅、相位的光波組成的波包，光脈沖的每個成分的速度稱為相速度，波包峰的速度稱為群速度。在真空中二者是相同的，但是在介質中如我們所知道的存在如下的群速度與介質折射率的關系：

vg = c / ng ，　ng = n + ω(dn/dω)

顯然在一定的情況下(如反常色散很強的介質)可以出現負的群速度，此時，光脈沖在介質中傳播比真空中花的時間短，其差

ΔT = (L/v)-(L/c)

達到絕對值足夠大時就可以觀察到“超光速”現象，即“光脈沖峰值進入介質以前，在另一邊已經有脈沖峰出射了”。

那么這種超光速是不是違背因果率呢?我們仔細考查王的實驗就會發現，出射光脈沖雖然是在入射脈沖峰值進入介質之前出現的，但在這之前入射脈沖的前沿早已進入介質了(如圖)，因此出射脈沖可以看作是由入射脈沖前沿與介質相互作用產生的。

其實王的實驗重要意義正在于實現了可觀測的負群速度的這一現象，而不是像媒體炒作的那樣發現了什么“超光速”，負的群速度在這里就不能理解為光的速度了，它也不是能量傳輸的速度。當然，這一實驗本身就說明我們人類對光的認識又前進了一步。對這個實驗的解釋只憑折射率與群速度的關系這個公式是遠遠不夠的，這其中包含了量子干涉的效應，涉及到對光的本質的認識，揭開蒙在“超光速實驗”頭上的面紗，仍然是科學家們奮斗的目標。

很多人在了解了這個實驗后就會想到能否用這種“超光速”效應來傳遞信息，在王的實驗中，“超光速”的脈沖不能攜帶有用的信息，因此也就無從談起信息的超光速傳遞，同樣能量的超光速傳輸也是不行的。

與超光速實驗具有相同轟動效應的是另一種“超光速”現象：quantum teleportation即量子超空間傳輸(或量子隱形傳態)，這個奇妙的現象因其與量子信息傳遞及量子計算機的實現有密切聯系而引起人們的關注。所謂超空間，就是量子態的傳輸不是在我們通常的空間進行，因此就不會受光速極限的制約，瞬時地使量子態從甲地傳輸到乙地(實際上是甲地粒子的量子態信息被提取瞬時地在乙地粒子上再現)，這種量子信息的傳遞是不需要時間的，是真正意義的超光速(也可理解為超距作用)。在量子超空間傳輸的過程中，遵循量子不可克隆定律，通過量子糾纏態使甲乙粒子發生關聯，量子態的確定通過量子測量來進行，因此當甲粒子的量子態被探測后甲乙兩粒子瞬時塌縮到各自的本征態，這時乙粒子的態就包含了甲粒子的信息。這種信息的傳遞是“超光速”的。

但是，如果一位觀測者想要馬上知道傳送的信息是什么，這是不可能的，因為此時粒子乙仍處于量子疊加態，對它的測量不能得到完全的信息，我們必須知道對甲粒子采取了什么測量，所以不得不通過現實的信息傳送方式(如電話，網絡等)告訴乙地的測量者甲粒子此時的狀態。最終，我們獲得信息的速度還是不能超過光速!量子超空間傳輸的實驗已在1997年實現了。

以上兩個超光速的方案目前還只處于理論探討和實驗階段，離實用還有很遠的距離，而且這兩個問題都涉及到物理學的本質，實驗現象及其解釋都在爭論之中。

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