推翻相對論？光脈衝可能比光速快

【2000/07/21/聯合報】

本報綜合洛杉磯二十日外電報導

    所有教科書都表示，沒有任何物體的行進速度能夠超越光線在真空中的行進速度。如今看來，教科書可能錯了。

    「自然」雜誌二十日發表的一項實驗報告發現一個例外的現象，顯示光脈衝的速度顯然能夠突破每秒鐘三十萬公里的終極光速。光脈衝可以打破常識法則，還沒進入屋內就走出屋外。但此一現象仍不足以推翻愛因斯坦的相對論。

    大部分都覺得大惑不解，新澤西州普林斯頓日本電氣公司 (NEC) 研究所主持此一實驗的物理學家王力軍表示，他的許多同事仍對光的本質以及上述最新發現感到迷惑。物理學者紛紛探討這一新發現。王力軍表示：「有許多問題尚待解答。」

    將近一世紀以來，物理學家一直相信，任何物體在真空中的移動速度如果比光速快，就違反了愛因斯坦相對論的基本概念。物理學家認為，由於速度與時間有相對關係，超過光速就如同偷偷走進未來，這將推翻人們深信不疑，所謂「先有因，才有果」的因果律。

    如今這些假設可能需要重新檢驗。

    首先提出光脈衝可能比光速快說法的柏克萊加州大學華裔物理學教授喬瑞宇說：「人們說，任何東西的速度不能超過光速，這話說得太絕對。」

    物理學家在一個問題上很明確，即新實驗實際上與愛因斯坦理論並不矛盾。超快光脈衝是有可能的，而且可以解釋，因為光不像一般物質，沒有靜止質量，既可以看成一系列的粒子，也可以看成一種波。

    王力軍說：「愛因斯坦的相對論依然站得住腳。」專研量子光學的喬瑞宇表示，新的實驗並不意味尋常物體可以在時光隧道中進出自如。他說：「你不可能殺害古人，門兒都沒有。」

    拜上述實驗之賜，有些想像力豐富的人即開始預想未來穿越時空旅行的可能性，但科學家表示，這些想法目前仍如癡人說夢。不過這些實驗的確為有朝一日資訊在電腦系統與網路間傳送的速度超越目前速度提供了希望。目前因為電子效應，資訊在電腦電路間傳送的速度仍比光速慢。

    大部分物理學家都同意，由光脈衝傳達資訊，仍有其速度限制。史坦伯格說：「遺憾的是，能量與資訊都仍無法打破任何的速度限制。」

但光脈衝顯然可以。光脈衝其實就是不同頻率的波的集合。脈衝就如同海洋中的波浪，有其高峰，但也有其前緣，可以超越波浪。

    穿越物理學家在實驗室製造的物質，光的行動可能很奇怪。哈佛大學和柏克萊加大的物理學家去年證明，他們可以將光速減慢，慢到與奧運會選手的速度相仿。至於將光加速到超越原來的光速，這種實驗就要困難得多。

    以這項實驗為例，實驗者先使用一種非常聰明，卻相當人工化的裝備─一個充滿銫蒸氣，二點四吋大的玻璃管。實驗者用兩個雷射脈衝射擊玻璃管，將蒸氣中的每個銫原子提升到特定的能量標準。再用另外一個調得精準的雷射脈衝吸光過剩的能量，以超光速射出玻璃管之外。

    根據王力軍和其他幾位物理學家的說法，光所以有這種反應，是因為當第三個雷射脈衝的前緣開始進入玻璃管之際，它攜帶了重建整個光波所需要的一切資訊，讓管內的銫原子得以在進入的脈衝完全接觸到它們之前，吐出光線。

    結果，脈衝穿越玻璃管所需要的時間只有通常光線穿越與玻璃管等長的真空所需時間的百分之三而已。穿越所需的時間短得令人無法置信─只需五十億分之一秒。

    上述實驗是王力軍和幾位日本電氣公司的物理學家所做的。這是最近一系列的光學研究實驗之一。這系列的實驗旨在證明，只要穿越特殊物質，光脈衝即可能超越光速。曾在一九九三年進行類似實驗的史坦伯格說，從目前的實驗所得到的資料非常好，非常明確，效果驚人。