光速也能被超越？探秘令人称奇的“光爆”现象

自从爱因斯坦的狭义相对论问世，光速就成为物理界一个非常重要的常数，即c=299792458m/s。也就是说光速约为每秒钟运行30万公里。

爱因斯坦认为，这个世界没有任何物体，包括微观和宏观的物体运动能够达到光速，更不可能超越光速。因此，光速就成为了物理学许多公式的重要参数，并由此得出许多著名的定律，如质能方程E=mc²，这里的E表示能量，m表示质量，c代表光速。

也就是说，能量和质量是等价的，且可以相互转换，一个物体的质量乘以光速的平方就是这个物体所蕴含的能量。

爱因斯坦还从光速限制中，得到了速度的质增效应和速度的时间膨胀效应，就是说，在运动中速度越快质增效应越明显，扭曲的时空会让时间流逝越慢，达到光速动量会变得无穷大，时间停滞。

从而锁死了我们世界的运动速度，任何物体的运动都不可能达到光速，更不可能超过光速。

这个定律有两个公式来表示，即质增效应公式：M=m/√[1-（v/c）^2]，其中M为物质的运动质量，m为物质的静质量，v为运动速度，c为光速；速度的时间膨胀效应公式：t’=t√(1-2GM/rc^2)，其中t’为引力时间膨胀效应值，t为低引力惯性系观测者时间流逝值，G为引力常数，M为天体质量，r为天体半径，c为光速。

以上说的这些都说明了一个问题，在我们这个世界，光速就是天花板，没有物体运动能够突破，哪怕一个粒子、几乎没有质量的中微子也不能例外，否则就会导致动量无限大，宇宙崩溃；时间停滞，一切都停滞。

这就是所谓的光速藩篱。既然如此，为啥我们常看到网络上介绍的“光爆”现象，也就是超光速产生的现象呢？

我们知道，音爆是一个物体以超过声音的速度运动时产生的冲击波，是由于超音速物体产生的音波速度无法快到足以离开物体，波被“堆积”起来而形成的一个震波波前，又叫轰声。而所谓光爆，则是物体运动超过光速时产生的振波。

既然光速是我们世界运动速度的极限，任何有静止质量的物体都无法达到光速，更无法超越，为何又会有超光速现象发生呢？

这是因为所谓光速极限，是指真空光速，也就是说，光速c=299792458m/s这个常数，是指光在无介质的真空中的运动速度，而光在不同介质中，会有所放慢。如在空气中约为1c，在冰中约为0.77c，水中运动约为0.75c，酒精中约为0.73c，玻璃中约为0.67c。

因此，任何物质在无介质的真空中是无法达到光速，更不可能超过光速，但在介质中就有可能超过光速了。当然，这些在介质中超过光速的所谓物质只能是微观粒子，如中微子只有极其轻微的质量，几乎没有电磁力作用力，其运动速度接近光速，这样，在水、冰、玻璃等介质中，速度肯定就超过光速了。

中微子由于不带电，不会与物质发生作用，因此，虽然任何一个指甲盖大小的物体，每秒钟都有数万亿个中微子穿过，却几乎不会留下一丝痕迹。但这些中微子几天中也会有一两个特殊个体，碰撞到物质的原子核，超高速碰撞会将原子核撞碎，产生所谓亚原子“弹片”，以略低于光速的速度从碰撞点散射开来，这些“弹片”的速度就超越了光速，由此产生了“光爆”现象。

科学家们为了捕捉到这些中微子，在南极建造了冰立方中微子天文台，这种天文台并不像典型天文台那样，运用大口径望远镜观察太空，而是在1.6公里的冰层深处设置了5000多个垂直悬挂的传感器，来捕捉中微子撞击原子核后发生的闪光，从而确定这些中微子来自何方。

“光爆”又被称为切伦科夫辐射，是一种以短波为主的电磁辐射，主要表现为蓝色闪光，这种现象由前苏联物理学家帕威尔·阿列克谢耶维奇·契伦科夫于1934年发现，因此以他的名字命名。

契伦科夫辐射类似超音速飞行引起的音爆现象，即当一个带电粒子以超过介质光速的速度运动时，就会在介质中产生一个锥形电磁波，其特征是蓝色辉光，这就是光爆。这个锥形电磁波的锥角可以用公式cosθ=nvc来计算。

其中c为真空光速值，n是介质的折射率，v是带电粒子的运动速度。从公式中可以看出，当v值大于c/n时，才能产生光爆。如在水中的n值约等于1.33，可以计算出电子v为0.75c时的锥角约为49°。

在实践中，并非只有中微子碰撞的亚原子碎片在介质中速度可以超过光速，还有许多粒子运动速度能够在水、冰等介质中超过光速，如原子核反应的辐射现象、通过粒子加速器加速的粒子、宇宙射线等等。

因此，我们要严格的定义光速极限、光速恒定的常数c=299792458m/s是专指真空光速，真空光速才是所谓的极限速度。任何物体都无法达到真空光速还有一个限定，就是有静止质量的物体，哪怕这个质量极其轻微，无限接近零，如中微子。

而所谓光爆的超光速现象，并没有违反爱因斯坦光速极限理论，真空光速目前依然是宇宙中运动速度无法突破的天花板。

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