根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，可以推導(dǎo)出以下結(jié)果：

物體(相對于觀察者)在相對于運(yùn)動方向的長度會縮短。一把尺相對于觀察者靜止時的長度為L，若尺沿著長度的方向以0．866c的速度運(yùn)動時，觀察者會測得尺的長度變?yōu)?．5L。

時間相對于觀察者運(yùn)動的坐標(biāo)中，會經(jīng)歷得較慢。兩個完全相同且校正好的手表，若一個戴在觀察者手中，另一個相對觀察者運(yùn)動，觀察者會發(fā)現(xiàn)運(yùn)動中的手表走得較慢。事實上，觀察者會發(fā)現(xiàn)運(yùn)動中的所有過程都變慢了。

不同地點(diǎn)、絕對同時的觀念不再存在。不同地點(diǎn)發(fā)生的兩件事，甲認(rèn)為同時發(fā)生，乙可能認(rèn)為一前一后，丙卻認(rèn)為前后順序和乙觀察到的相反。

真空中的光速是物體速度的上限。當(dāng)物體的速度越接近真空中的光速時，要使物體速度增加，會越困難。一車子相對于觀察者以0．5。在運(yùn)動，車上一物體也相對于車子以0．5c在運(yùn)動，觀察者觀測到物體運(yùn)動的速度不是0．5c+0．5c=c，而是只有(0．5c+0．5c)／(1+0．5×0.5)=0．8c。

在1905年以前，科學(xué)界從未認(rèn)為速度存在極限。1905年狹義相對論問世，其中卻有一條“光速極限法則”。我們知道，A．愛因斯坦是一位家喻戶曉的人物，縱觀他的一生和他的工作，稱他為“偉大的物理學(xué)家”是沒有問題的。他的光子學(xué)說以及他的其他科學(xué)貢獻(xiàn)，確實可以彪炳千秋。但是，對他的相對論人們卻提出了越來越多的質(zhì)疑。早在1962年～1971年，H．邦迪、P．G．伯格曼和N．羅森就指出，相對性原理和宇宙學(xué)原理之間存在著深刻的矛盾。然而，正是相對性原理和光速不變原理一起構(gòu)成了狹義相對論的基礎(chǔ)。而且，愛因斯坦的光速不變原理實際上是假設(shè)“單程光速不變”，而這個假設(shè)至今也沒有得到實驗上的證明，甚至被認(rèn)為是不可能證明的假定。中國科學(xué)家陸啟鏗、鄒振隆、郭漢英在1980年就曾指出，對于現(xiàn)實宇宙的大尺度行為，狹義相對論已無意義，故對相對論的理論基礎(chǔ)必須重新考察。

狹義相對論斷言“超光速運(yùn)動不可能”，其實是站不住腳的。這個斷言主要來自兩個推論，一是“運(yùn)動物體在運(yùn)動方向上的尺度隨速度增加而減小”，二是“運(yùn)動物體的質(zhì)量隨速度增加而加大”。

其實，這兩個推論都沒有直接的、判據(jù)性的實驗證明。因此，多年來超光速研究也就在我們這個星球上不斷地發(fā)展著?，F(xiàn)在它雖然還處在嬰兒時期，但對科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展已產(chǎn)生良性刺激。

最早的報告來自對微觀粒子的觀測。長期以來，人們認(rèn)為介子的運(yùn)動速度小于光速。1955年，o．張伯倫等的文章說，對π介子的測量表明，它在3．8×10-8秒時間內(nèi)飛行了約12．2米的距離，即速度為320 842 105．2米／秒，v=1．0702c，故認(rèn)為π介子的飛行速度是超光速的。但這項研究以后沒有再研究下去。

20世紀(jì)60年代以來的超光速研究，即早期開展的工作，是尋找快子及觀測類星體?！翱熳印币辉~是美國哥倫比亞大學(xué)教授熱拉爾于1967年提出來的。它是根據(jù)希臘文中的“快速”一詞而創(chuàng)造的詞。快子以超光速運(yùn)動．其速度v>c。1960年之后，一些物理學(xué)家認(rèn)定：愛因斯坦的“速度極限”不能用在“已經(jīng)以超光速運(yùn)動的粒子”身上，這種粒子就是快子。為了不與狹義相對理論相矛盾，費(fèi)恩伯假定快子的靜止質(zhì)量為虛數(shù)。然而，人們一直無法說明“虛數(shù)質(zhì)量”的意義，實驗上也找不到相關(guān)的證據(jù)。后來，在1986年~2000年間，對中微子的進(jìn)一步研究使得一些物理學(xué)家認(rèn)為中微子就是快子，以超光速運(yùn)行。但迄今為止，科學(xué)家尚不清楚中微子的運(yùn)動速度究竟是怎樣的；而且，對其值可能為負(fù)數(shù)也有其他不同的解釋。

快子有一些古怪的特性。例如，它損失能量時就會加速，故能量為零時的速度是無限大的。實際上，只有無限大能量才能使快子減速到c。無限大能量是不可能達(dá)到的，故快子不能以小于等于光速的速度運(yùn)動?？熳臃路鸫嬖谟谙鄬喒馑倭Ｗ觼碇v是鏡像的世界。當(dāng)它穿過真空空間，就會產(chǎn)生特別輻射的光錐。到目前為止，盡管快子尚未找到，然而最早為了避開狹義相對論的困難而提出的快子，卻已經(jīng)頻繁出現(xiàn)在各種物理理論中。有人認(rèn)為宇宙射線中可能有快子，也有人認(rèn)為它存在于暗物質(zhì)里。在弦論中快子也有重要意義。

與此同時，科學(xué)家們把目光投向宇宙深空。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家在射電天文觀測中，通過甚長基線干涉儀技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個河外射電源有超光速膨脹的現(xiàn)象。在遙遠(yuǎn)的宇宙深空，類星體是具有活動星系核的一類星系，是很密的物質(zhì)。對3c273類星體的觀測，1971年、1977年M．H．科恩報告了3c、4．2c的分離速度；1979年有人報告了5．2c，而1981年TJ．潘森報告了9．6c。

問題是對這種天體運(yùn)動中的超光速應(yīng)當(dāng)怎么看?

有人從狹義相對論出發(fā)認(rèn)為這只是“表觀超光速”，即一種視現(xiàn)象。然而，長期積累的觀測數(shù)據(jù)表明，這類膨脹確實是在加速，并且似乎與愛因斯坦引力理論中的類空運(yùn)動呈現(xiàn)的規(guī)律非常相似。就是說，雖然狹義相對論否定了超光速運(yùn)動的可能，但廣義相對論的宇宙論類空測地線規(guī)律又與宇宙星體超光速運(yùn)動的規(guī)律相符!天文與天體物理學(xué)家曹盛林曾對3c273的觀測數(shù)據(jù)做出擬合研究，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果否定了所謂“視超光速”的狹義相對論噴流模型，而支持廣義相對論類空測地線描寫的“真實超光速膨脹”模型。故曹盛林認(rèn)為，類星體的有關(guān)超光速數(shù)據(jù)不是“表觀超光速”，而是實在的超光速運(yùn)動。

超光速研究的中期大約從1992年開始，特點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)光子、微波、光脈沖和電脈沖的傳輸速度都可以超光速。一個著名的實驗是在1993年發(fā)表的：美國加州大學(xué)伯克萊分校的A．M．斯坦恩伯格和喬瑞雨測量了光子穿過厚1．1微米的位(勢)壘時的時延，并在一種稱為“雙光子賽跑”的實驗安排中，證明光子的隧穿速度為(1．7±0．2)c。這個實驗裝置的高水平令人驚嘆!

眾所周知，電磁波是非實體物質(zhì)。對自由空間中的波、無線電波脈沖、微波脈沖、光脈沖的傳輸速度的實驗研究，是在1992年以后的十年中展開的。德國科隆大學(xué)的G．恩默茲等用微波脈沖通過截止到波導(dǎo)，獲得了4．7c(1992年)和4．34c(1997年)的數(shù)據(jù)。1996年A．韋伯等用雙角錐喇叭微波實驗。獲得了自由空間的波速為2c。2000年，D．穆乃等用改進(jìn)的喇叭天線法得到一個結(jié)果是1．053c。在無線電波頻率上的脈沖傳輸，也獲得了超光速——2002年A．哈赫和L.普瓦耶用模擬光子晶體的同軸結(jié)構(gòu)獲得了群速Vg=(2～3．5)c。用類似方法，T．N．蒙迪和w．M．羅伯遜獲得Vg=4c(2002年)；黃志洵和逯貴禎獲得Vg=(1．5～2．4)c(2003年)。

(杜少君圖)

光速不可超越的結(jié)論對不對呢?大量事實證明這一結(jié)論是正確的。目前世界上最強(qiáng)大的加速器都無法將帶電粒子如電子、質(zhì)子加速到等于光速。但是，科學(xué)家卻從宇宙星體的觀測中發(fā)現(xiàn)了似乎是超光速的現(xiàn)象：

20世紀(jì)60年代，天文學(xué)家用射電望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)的“類星體”中，有一些包括著兩個射電的子源，它們以很大的速度相互分離，有的分離速度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光速。

1972年～1974年，美國的一些天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，塞佛特星系3C120自身膨脹的速度達(dá)到了光速的4倍。

1977年前，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)類星體3C273、3C345和3C279各自的兩個組成部分的分離速度分別達(dá)到光速的9．6倍、10倍和19倍。

近年來，天文學(xué)家用分辨率極好的長基線射電干涉儀，又新發(fā)現(xiàn)了10個類星體的兩個子源，其分離速度均達(dá)到光速的7倍或8倍。看來，河外射電源的各組成部分分離的超光速膨脹現(xiàn)象并非是罕見的事例。