科学百科50期丨没有任何东西能比光更快，又怎么可能有光呢？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第五十个问题： 光是由运动得比光更快的粒子发出的。那么，既然没有任何东西能运动得比光更快，又怎么可能有光呢？

我们常常说，粒子不能够运动得“比光快”，“光速”是速度的上限。

实际上，如果我们单单这样说，那是说得不够完全的，因为光在通过不同媒质时，它的传播速度并不相同，光在真空中的行进速度最快。在这种场合下，它以每秒300,000公里的速度运动。这个速度就是终极速度。

因此，如果想把话说得确切一些。我们就应该这样说：粒子的运动速度不能够“快于真空中的光速”。

光在通过真空以外的任何其他透明媒质时，它的传播速度总是小于真空中的光速，有时甚至要慢很多。光在某一特定的媒质中行进得越慢，当它从真空中以倾斜的角度进入这种媒质时，它受到偏折（折射）的角度就越大。偏折的大小是由一个称为“折射率”的物理量决定的。

把真空中的光速除以某一特定媒质的折射率，就得出光在这种媒质中的速度。在一般的压力和温度下，空气的折射率约为 1.0003，所以光在空气中的速度等于 300,000 除以1.0003，即每秒约299,910公里。这比真空中的光速小90公里/秒。

水的折射率是1.33，普通玻璃的折射率是1.7，而钻石的折射率是 2.42。这就是说，光在水中的传播速度为每秒约224,000公里，在玻璃中为每秒约176,000公里，在钻石中只有每秒约123,200公里。

粒子的运动速度不能快于每秒约300,000公里，但是，即使在水中，它们也确实能够以每秒约 256,000公里的速度运动。当它们的速度这样大时，它们在水中的行进速度就超过水中的光速了。事实上，除了在真空中以外，粒子在任何一种媒质中的运动速度都有可能超过那种媒质中的光速。

在非真空媒质中运动得比光快的粒子，会发出一种蓝光作为它的尾迹。这种尾迹的角度大小，取决于这个粒子在媒质中的速度比光在同一媒质中的速度快多少。

最先观察到比光快的粒子所发射出的这种蓝光的，是一个名叫巴维尔·切伦科夫的俄国物理学家，他在1934年报道了这件事。因此，这种光就被称为“切伦科夫辐射”。1937年，另外两个俄国物理学家——伊利亚·弗兰克和伊戈尔·塔姆——把这种光同粒子和光在那种媒质中的相对速度联系起来，从而解释了为什么会有这种光。结果，这三个人获得了1958年的诺贝尔物理学奖。

人们已经设计出一种特殊的仪器——切伦科夫计数器，用来探测这种辐射，并测定它的强度和发射方向。

切伦科夫计数器特别有用，因为它只对速度非常高的粒子才起作用，并且很容易根据这种光的发射角度估计出这些粒子的速度。能量极高的宇宙线的运动速度已经非常接近真空中的光速，因此，它们就是在空气中也会产生切伦科夫辐射。

快子——这是人们所假设的一种只能以超过真空中光速的速度运动的粒子——即使在真空中也应该会留下一道非常短暂的闪光。因此，物理学家希望能依靠探测这种切伦科夫辐射，来证明快子是确实存在的（如果它真的存在的话）。