如此看来,在我们这个宇宙中,一切物体都无法以超过光速的相对速度运动,要使物体达到光速,就要施加以无限多的能量,假如要使物体运动速度超过光速的话,那就得施加以比无限多还要多得多的能量!这是不可想象的,也是根本不可能的。因此,结论只能是:光速是一切物体运动速度的“上限”,任何物体运动速度都不可能超过光在真空中传播的速度值。
狭义相对论的正确性,似乎已经确立。但是,近二十年来,对于“光速极限”问题,还是不断有人提出异议。1962年,物理学家比兰纽克等人提出了超光速的第三类粒子的新概念。1967年,美国物理学家范伯格进一步阐述了超光速粒子的概念,并把这种粒子命名为“快子”。他认为,这种快子,在光速情况下具有无限大的能量和动量;当它失去能量时,速度就增加,直到能量降至零,速度则升至无限大。
奇异的超光速的快子在哪里呢?多年来,一些物理学家进行了实验探索,他们寻找快子的一种途径,是利用快子能够放射出契伦柯夫辐射。契伦柯夫辐射是一种电磁辐射,它是苏联物理学家契伦柯夫最先发现的。
当时,人们提出了这样的问题:一种粒子在真空中运动速度不能超过光速,那么,在其它媒质里运动速度会不会超过光速呢?
我们知道,光在任何透明物质里传播时,其传播速度都是小于在真空中的传播速度,甚至要远比300,000公里/秒小得多。如前面所述,一种透明物质的折射率越大,光从真空中以某一倾角射入该媒质时,折射角也就越大,而且在该媒质中传播的速度也就越小。将光在真空中的传播速度除以某种物质的折射率,就得到了光在该物质中的传播速度,例如,在一般的压力和温度下,几种物质的折射率和光在其中的传播速度,任何物质粒子的运动速度都不能超过光在真空中的传播速度。但是,如果一种粒子在水中以256,000公里/秒的速度运动,也就是说,它在水中的运动速度超过了光在水中的传播速度,在这样的情况下,将会发生什么现象呢?
1934年,苏联物理学家巴维尔·契伦柯夫发现:在一种透明媒质中运动速度比光快的粒子,会拖出一种蓝色的光尾来,其尾迹的角度大小取决于这个粒子在该媒质中的运动速度比光在同一媒质中的传播速度大多少。这种超光速运动的粒子所发射出来的蓝色光辐射,就被称为“契伦柯夫辐射”。1937年,苏联的另两位物理学家伊里亚·弗兰克和伊格尔·塔姆将粒子和它的蓝色光尾,同光在该媒质中的相对速度联系起来,解释了这种光尾形成原因。
一些物理学家认为,在真空中,以超光速而运动的快子也会发出光尾来。只要能探测到契伦柯夫辐射,就能够找到和证实快子的存在。为了探测快子,物理学家们还研制了一种特殊的契伦柯夫探测器,用来探测契伦柯夫辐射,测定它的强度和方向,从而计算出该粒子速度。
物理学家们甚至还描绘了快子运动的宇宙环境,它是不同于我们这个宇宙的另一种宇宙:
在我们这个宇宙里,一个物体运动速度在任何条件下都不可能超过光速。一个物体如果不运动,它的能量等于零;当它得到能量的时候,运动速度将会越来越快;而它得到的能量为无限大时,其运动就被加快到光速。这个宇宙被称之为“慢宇宙”。
在另一种宇宙里,一种粒子运动速度在任何情况下都是超光速的。这种粒子即为快子,它以无限大速度运动时,它所具有的能量为零;而它得到能量时运动就会减慢,得到的能量越大,运动速度就越低,当它得到无限大的能量之后,运动速度就会降低到光速。这个宇宙,称之为“快宇宙”。
有人认为,可能存在着一种并不违反爱因斯坦理论的快子,这种快子构成了一个不同于我们这个宇宙的“快宇宙”。
超光速粒子或快子是否存在?光速是否可以被逾越?这个问题,正期待着人们去继续探索。