?26?内江师范学院学报J0URNAL0FNEIJIANGTEACHERSCOLLEGE第19卷第4期No.4Vol.19关于“超光速问题思考谢实崇（内江师范学院物理学与电子信息工程系，四川内江641112）摘要：介绍了“超光速"理论的由来；简介了“超光速F开究的现状；给出了既“超光速”乂不违背狭义相对论的例证。关健词：超光速；群速度；相速度；狭义相对论屮圈分类号：0442；P145、8文献标识码：A文章编号：1671-1785（2004）04—0026—04在冃前的本科物理教学屮，我们认为“超光速''是不可能实现的，是与狭义相对论矛盾的；而自二十世纪末期，欧、美国家掀起了一般“超高速''研究热，认为在一定条件下“超光速"可能实现，而且在国际国内的权威刊物上还不断介绍高规格的“超光速''试验。这就不能不引起我们的困惑：一方面狭义相对论是经过实践检验的客观规律，不能动摇；另一方面“超光速"研究的成果涌现，不容忽视。本人认为“超光速"问题涉及到许多概念，应将电磁理论、量子力学、狭义相对论与天体物理结合起来思考，才会对“超光速”问题的理解有所帮助。1光速光、即可见光，Maxwe11电磁理论和IIertz试验证明了光是电磁波，是波长范围在0.4x10—s〜0.75X10叫mZ间的电磁波73；由量子力学嘲，光具有双重性；光即是波（电磁波），乂是粒子（光子），具有波动性与粒子性，即具有波一粒二象性。1.1光速c定义为光子的瞬时速率y—擊塞一等（1）在惯性系中，在空间某点处光子移动分的距离与移动此距离所需时间出Z比，当出趋于零时的极限。光在真空中的传播速率为c一一兰==3.ox108m/s（2）d£o卢o1.2光波的群速度与相速度设波沿2方向传播，任一时刻波列的方程为，33“（2,f）-Iof（七）〃…一鶴。4志=c9（2,f）〃“小一，矿，（3）J★0—m其中出s=2mo）警钺，垂一[（装址一z]△五。可见f（2,f）是单色波〃一啦，的振幅，而（ooM—是。2）是其位相。当中的值不断增大吋，警经过一系列极大值和极小值。其极大和极小的值随国的增大而减小,这时波的行为基木集中在一定范围Z内，叫做波包。波的群速度收稿日期：2004-05—25作者简介:谢实崇（】947—）.男,四川荣县人，内江师范学院教授。万方数据2004年8月谢实崇：关于。超光速”问题思考。Z1,，门=警=（蓑）“）反映整个波包在空间移动的快慢，也是能量传播的速度。相因子（s—七02）反映了波包位相变化的情况，是时间、空间的函数；相应的速度即为相速度n—字（5）应注意到只有出现两个以上波的叠加时，才有群速度与相速度Z分。在介质中有点：竺，2（6）C若介质是非色散的，则折射率咒是常数，与频率叫无关,yo一装一詈，y,—詈=詈，则n=y,相速与群速相等。若介质是色散性质的，则n—（装）=詈+磕（詈）这时相速度与群速度不相等。2超光速"不可能的理论依据Einstei门在其著名论文“论动体的电动力学,，中早就有过论断：“超光速没有存在的可能"[-0我们知道，作为用狭义相对论理论基础的Lorentz变换III。〜£一口z/c2扭丽者莠〜Z—口£z2丽丽y—为当uV<f时，则它以Ga1i1io变换为近似，回到经典力学的范畴。这是一个非常重要的性质，在这范围内，牛顿力学和Ga1i1i。变换都被大量的实事证明是可靠的；若口〉f,由于Lorentz变换的分母为/1〜u2/c2变换式将出现复数，这是没有意义的，所以狭义相对论认为，任何物体的速度不能超过光速，口是在任何惯性系中静止的观测者所看到的物体相对丁•他的速度。2.1运动学角度论证"超光速"不可能由于时间流动的单向性，因果关系不允许颠倒，为此我们把两事件可能有因果关系的含义数字化[6],若事件户可能是事件g的因,须存在一种信号（传播速度为“），它在事件户发生时亥0f,,从当地z,发出,在信号传至zQ后才有事件q的发生，即两事件的时间差不小于信号在其间传播所需的时间，如一f。2毯‘II这是夕与q有因果联系的必耍条件。而时序可以颠倒的条件由I。orentz变换可得扩f,V暑（气一s可知要使有因果联系的事件P与q发生时序颠倒必有111＞苦。注意到I。orentz变换要求惯性系Z间的相对速率u小于f,可得时序颠倒时“〉f。这结果说明：若存在超光速的信号“，那么因果律将被破坏；若要因果律不被破坏，那么光速是任何信号的速率上限,即任何信号的速率不能超...