Ⅰ 信息的傳播速度能超過光速嗎
愛因斯坦狹義相對論的信條之一是，沒有什麼東西能在真空中以比光速更快的速度傳播。
光速被認為是一切事物的普遍速度極限，這一點被科學界廣泛接受。
但在科學領域，如果你制定了一條硬性規定，就會有人試圖反駁它，或者至少會找出一個漏洞。
光速也不例外。
光在真空中的傳播速度約為每秒299,792公里。
2011年9月，致力於利用乳膠跟蹤設備(OPERA)進行振盪項目的物理學家宣布，他們的實驗結果是一種名為中微子的亞原子粒子，從瑞士日內瓦附近的歐洲核研究組織(CERN)飛到義大利拉奎拉附近的格蘭薩索國家實驗室，比一束光束早了大約60納秒到達，這在科學界引起了軒然大波。
關於這些中微子是如何真正打破光速的，或者是什麼誤差可能導致了不可能的結果，這些想法比比皆是。
最後，設備問題，包括電纜松動，被發現是可能的罪魁禍首，結果被宣布為錯誤的。
因此，沒有必要重寫愛因斯坦的理論。
其他研究人員正試圖改變規則，而不是打破規則。
事實上，彎曲時空是如何在太空旅行中達到超光速(超光速)的一種理論。
這個想法是，時空可以在宇宙飛船前面收縮，在宇宙飛船後面膨脹，而飛船將保持靜止在一個扭曲氣泡中，這個氣泡本身的運動速度快於光速。
這個概念最初是由墨西哥理論物理學家米格爾·阿爾庫比爾在1994年建立的，作為一種理論上的可能性，但它需要宇宙大小的負能量來驅動這一現象。
後來，它被改進為需要一個行星大小的量，然後又需要一個大約與旅行者1號太空探測器大小的量。
不幸的是，負能量必須來自難以獲得的外來物質，而我們目前只是在曲速驅動器上進行微型實驗室實驗。
這些理論背後的數學基礎是相對論，所以從理論上講，它不會違反規則。
這項技術，如果存在的話，也可以用來比光速更慢，但比我們現在能走的速度快得多，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。
為了更快地傳輸數據，一些科學家也在進行同樣的研究。
數據能以光速傳播嗎？
目前，我們的大部分數據要麼通過銅線傳輸，要麼通過光纜傳輸。
即使當我們通過手機通過無線電波發送數據時，無線電波也是以光速傳播的，它最終會在某個時候穿過互聯網的有線網路。
同軸電纜是這兩種電纜中速度較快的一種。
但更快的是光纜。
光纖電纜以光脈沖的形式傳輸數據，而不是使用銅纜以電信號的形式傳輸數據。
關於光速的「真空中」的提法很重要。
通過光纖的光沒有通過真空的光快。
光在幾乎任何介質中傳播時，都比我們所知的萬能常數--光速慢。
空氣中的差異可以忽略不計，但光可以通過其他介質顯著減慢，包括玻璃，這是大多數光纖電纜的核心。
介質的折射率是真空中的光速除以介質中的光速。
所以如果你知道其中的兩個數字，你就可以計算出另一個。
玻璃的折射率在1.5左右。
如果你除以光速(大約30萬公里/秒)，你就會得到大約20萬公里/秒，這是光穿過玻璃的大致速度。
一些光纖布線是由塑料製成的，塑料的折射率更高，因此速度更慢。
速度下降的部分原因是光的雙重性質。
它既具有粒子的屬性，又具有波的屬性。
再說一次，光在空氣中確實以接近光速的速度移動，但我們現在擁有的任何東西都沒有超過速度限制。
我們能實現真正的超光速傳輸嗎？
使用光纜並不是利用光進行數據傳輸的第一次嘗試。
亞歷山大·格雷厄姆·貝爾自己發明了光電話，這本質上是第一部無線電話，但它使用的是光，而不是現代手機使用的無線電波。
它的工作原理是將聲音投射到鏡子上，這會導致鏡子振動。
太陽光從震動的鏡子反射到硒接收器中，硒接收器將其轉換成電流，然後通過電話(他最著名的發明)進行傳輸。
它的主要缺陷是陽光直射是必要的，所以雲層或其他物體可能會阻擋信號。
但它實際上起到了作用，並成為光纖的前身。
超光速數據傳輸的可能性。
激光的種子脈沖與泵浦光束一起被發送到一個含有原子銣蒸氣的加熱池中，這會放大種子脈沖，使它們達到超光速。
美國國家標准與技術研究所(NIST)的科學家聲稱，他們已經利用一種叫做四波混頻的技術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。
該實驗包括通過加熱的銣蒸氣發送一個200納秒的短種子脈沖，同時以不同的頻率發送第二個泵浦光束來放大種子脈沖。
來自兩束光的光子以產生第三束光的方式與水蒸氣相互作用。
顯然，放大的種子脈沖和新產生的脈沖的峰值都可以比在真空中以光速行進的參考光束出射得更快。
他們報告的速度差異比通過真空的光速快50到90納秒。
他們甚至宣稱能夠通過改變輸入種子失諧和功率來調節脈沖的速度。
另一種正在研究中的快速數據傳輸技術是量子隱形傳態，它依賴於糾纏對的存在：兩個粒子相互協調，以至於如果你測量一個粒子，另一個粒子的質量與你在第一個粒子中發現的相同，無論它們之間的距離如何。
這還需要第三個粒子，該粒子包含您嘗試傳輸的實際數據位。
可以說，激光被用來將其中一個糾纏粒子傳送到其他地方。
這並不是真正的傳輸光子，而是把一個新的光子變成原始光子的復製品。
糾纏對中的光子可以與第三個光子進行比較，以找出它們的相似或不同之處，這些信息可以傳遞到另一個位置，並用於與孿生粒子進行比較，以收集數據。
這聽起來像是會導致即時轉賬的事情，但事實並非如此。
激光束只能以光速傳播。
但是，如果我們發明量子計算機的話，這在通過衛星發送加密數據和聯網量子計算機方面有潛在的應用。
這比任何超光速數據傳輸都要走得更遠。
在這一點上，它可以工作數英里，研究人員正試圖增加傳送距離。
關於有意義的信息是否能以比光速更快的速度傳播，目前的答案是否定的。
如果數據在隨後的實驗中得到證實，我們只是在以可能超過光速的速度移動幾個量子粒子的水平。
要有一種實際適用的數據傳輸形式，您必須能夠將有組織的、有意義的、未損壞的數據位發送到另一台可以解釋它的機器。
世界上最快的傳輸沒有其他意義。
但你可以肯定的是，如果光速被打破，我們將把它應用到我們的互聯網傳輸上，而不是應用到星際旅行中。
我們觀看最高質量的電視和以最快的速度上網的能力將是至高無上的。
也許出於這些目的，即使讓我們自己真正實現像光一樣快的傳輸速度也會產生奇跡。
作者：伯納黛特·約翰遜(Bernadette Johnson)。