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  • 信息的传播速度能超过光速吗?

    作者:Bernadette John 来源:howstuffworks 时间:2024-02-27 12:38 阅读:418 [投稿]
    使用一种叫做四波混合的方式实现了量子数据的超光速传输,顺便说一句,这种现象被认为是光纤线路中的一种干涉形式。该实验包括发送一个短的 200 纳秒种子脉冲通过加热的铷蒸气,同时发送另一个不同频率的泵浦光束来放大种子脉冲。

    爱因斯坦狭义相对论的原则之一是:没有什么能比真空中的光速更快。光速被认为是万物的通用速度极限,科学界大都接受这一规定。但对于科学而言,总会有一些敢于突破的科研人员跳出已有的视角,试图去反驳、修正一些科学理论,或者至少找到其中的一个漏洞。光速也不例外。

    光在真空中的传播速度约为每秒 299,792 公里(每秒 186,282 英里)。2011 年 9 月,从事检测中微子振荡项目(OPERA)的物理学家在科学界掀起了一股狂潮,他们的实验结果表明,称为中微子的亚原子粒子从瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)传播到意大利拉奎拉附近的格兰萨索国家实验室,比光提前大约 60 纳秒到达。关于这些中微子如何真正打破光速,或者是有什么错误导致不可能的结果,各种想法比比皆是。最后,人们发现是包括电缆松动在内的这些设备问题导致了这一实验结果,因此,这一结论最终因为实验的不可靠性而不被认可。因此,没有必要推翻爱因斯坦的理论。

    其他研究人员正试图修正规则,而不是打破规则。事实上,弯曲时空是解释如何实现超光速太空旅行的一种理论。这个理论认为,时空可以在宇宙飞船的前方收缩,在飞船后方扩张,而飞船将在一个本身运动速度超过光速的曲率气泡中保持静止。这个概念最初是由墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库比耶尔(Miguel Alcubierre)在1994年提出的,这在理论上是可能的,但需要宇宙量级的负能量来为这种现象提供动力。后来,该理论被改进为需要行星量级的负能量,然后再次被改进为需要旅行者 1 号太空探测器量级的负能量。不幸的是,负能量必须来自难以获得的奇异物质,而我们目前只能在实验室里对曲率驱动器进行微型实验。这些理论背后的数学基础是相对论定律,所以从理论上讲,它不会违反规则。如果这项技术真的存在的话,它也可以用于比光速更慢的飞行,但比我们现在的速度快得多,这可能更实用。

    太空旅行只是达到或超过光速的可能应用之一。一些科学家正致力于实现超光速的目标,为了以更快的速度传输数据。下面将介绍当前的数据传输速度和超光速信息的潜力。

    数据能够以光速传播吗?

    目前,我们的大部分数据都通过铜线或光缆传输。即使我们通过手机以无线电波发送数据,无线电波也是以光速传输,数据最终也会在某个时候进入互联网的有线网络传输。长途信息传输最常用的两种铜线是双绞线(最初用于电话,后来用于拨号上网和 DSL)和同轴电缆(最初用于有线电视,后来用于互联网和电话)。这两者中同轴电缆的速度更快。但比同轴电缆更快的是光缆。光缆不是使用铜缆以电信号的形式传输数据,而是以光脉冲的形式传输数据。

    上面关于光速的说法中“真空中”一词很重要。通过光纤的光速没有通过真空的光速快。光在任何介质中的移动速度都慢于我们所熟知的光速这一基本物理常数。通过空气时,两者之间的差异可以忽略不计,但通过其他介质(包括构成大多数光缆核心的玻璃)光速会大大减慢。介质的折射率是真空中的光速除以介质中的光速。因此,如果你知道其中两个数字,就可以计算出另一个。玻璃的折射率在1.5左右。如果将光速(大约每秒300,000公里,或每秒186,411英里)除以这个数字,则得到每秒约200,000公里(124,274英里),这是光穿过玻璃的近似速度。一些光纤电缆由塑料制成,塑料的折射率更高,因此速度更低。

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