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  • 信息的傳播速度能超過光速嗎?

    作者:Bernadette John 來源:howstuffworks 時間:2024-02-27 12:38 閱讀:422 [投稿]
    使用一種叫做四波混合的方式實現了量子數據的超光速傳輸,順便說一句,這種現象被認為是光纖線路中的一種干涉形式。該實驗包括發送一個短的 200 納秒種子脈沖通過加熱的銣蒸氣,同時發送另一個不同頻率的泵浦光束來放大種子脈沖。

    愛因斯坦狹義相對論的原則之一是:沒有什么能比真空中的光速更快。光速被認為是萬物的通用速度極限,科學界大都接受這一規定。但對于科學而言,總會有一些敢于突破的科研人員跳出已有的視角,試圖去反駁、修正一些科學理論,或者至少找到其中的一個漏洞。光速也不例外。

    光在真空中的傳播速度約為每秒 299,792 公里(每秒 186,282 英里)。2011 年 9 月,從事檢測中微子振蕩項目(OPERA)的物理學家在科學界掀起了一股狂潮,他們的實驗結果表明,稱為中微子的亞原子粒子從瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心(CERN)傳播到意大利拉奎拉附近的格蘭薩索國家實驗室,比光提前大約 60 納秒到達。關于這些中微子如何真正打破光速,或者是有什么錯誤導致不可能的結果,各種想法比比皆是。最后,人們發現是包括電纜松動在內的這些設備問題導致了這一實驗結果,因此,這一結論最終因為實驗的不可靠性而不被認可。因此,沒有必要推翻愛因斯坦的理論。

    其他研究人員正試圖修正規則,而不是打破規則。事實上,彎曲時空是解釋如何實現超光速太空旅行的一種理論。這個理論認為,時空可以在宇宙飛船的前方收縮,在飛船后方擴張,而飛船將在一個本身運動速度超過光速的曲率氣泡中保持靜止。這個概念最初是由墨西哥理論物理學家米格爾·阿爾庫比耶爾(Miguel Alcubierre)在1994年提出的,這在理論上是可能的,但需要宇宙量級的負能量來為這種現象提供動力。后來,該理論被改進為需要行星量級的負能量,然后再次被改進為需要旅行者 1 號太空探測器量級的負能量。不幸的是,負能量必須來自難以獲得的奇異物質,而我們目前只能在實驗室里對曲率驅動器進行微型實驗。這些理論背后的數學基礎是相對論定律,所以從理論上講,它不會違反規則。如果這項技術真的存在的話,它也可以用于比光速更慢的飛行,但比我們現在的速度快得多,這可能更實用。

    太空旅行只是達到或超過光速的可能應用之一。一些科學家正致力于實現超光速的目標,為了以更快的速度傳輸數據。下面將介紹當前的數據傳輸速度和超光速信息的潛力。

    數據能夠以光速傳播嗎?

    目前,我們的大部分數據都通過銅線或光纜傳輸。即使我們通過手機以無線電波發送數據,無線電波也是以光速傳輸,數據最終也會在某個時候進入互聯網的有線網絡傳輸。長途信息傳輸最常用的兩種銅線是雙絞線(最初用于電話,后來用于撥號上網和 DSL)和同軸電纜(最初用于有線電視,后來用于互聯網和電話)。這兩者中同軸電纜的速度更快。但比同軸電纜更快的是光纜。光纜不是使用銅纜以電信號的形式傳輸數據,而是以光脈沖的形式傳輸數據。

    上面關于光速的說法中“真空中”一詞很重要。通過光纖的光速沒有通過真空的光速快。光在任何介質中的移動速度都慢于我們所熟知的光速這一基本物理常數。通過空氣時,兩者之間的差異可以忽略不計,但通過其他介質(包括構成大多數光纜核心的玻璃)光速會大大減慢。介質的折射率是真空中的光速除以介質中的光速。因此,如果你知道其中兩個數字,就可以計算出另一個。玻璃的折射率在1.5左右。如果將光速(大約每秒300,000公里,或每秒186,411英里)除以這個數字,則得到每秒約200,000公里(124,274英里),這是光穿過玻璃的近似速度。一些光纖電纜由塑料制成,塑料的折射率更高,因此速度更低。

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