本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
声称某物可以超光速运动，在物理学中足以让对话戛然而止。在鸡尾酒会上，人们会避开你；朋友们永远不会回电话。你就是不能和阿尔伯特·爱因斯坦作对。所以，当我在今年一月份的美国天文学会会议上看到一场关于宇宙中超光速现象的新闻发布会时，我的第一反应是说：“非常抱歉，但我真的得走了。” 天体物理学家多年来一直在谈论超光速运动，但这始终只是光线的把戏，造成了超光速的印象，或者是波动运动的技术性，或者是宇宙膨胀的奇异结果。这些研究人员声称的是一种非常不同的把戏。尽管我对此表示怀疑，但我还是把他们的新闻稿放进了我的“需要更多思考”文件夹，今天终于抽出时间仔细研究了一下。而我发现的东西非常引人入胜。
研究人员，洛斯阿拉莫斯的约翰·辛格尔顿和安德烈亚·施密特以及他们的同事们，构建了一种导线，其中电脉冲可以超越光速。他们之所以能做到这一点，是因为脉冲不是一个因果过程。它不是因为带电粒子相互碰撞而沿着导线传播，这个过程会受到爱因斯坦的速度限制。相反，外部控制器驱动粒子，可以同步它们，使脉冲以你想要的任何速度通过导线。这些粒子就像一排多米诺骨牌。因果过程是通常的多米诺骨牌效应，其中每个多米诺骨牌都推倒下一个；多米诺骨牌以它们自身的速度移动，这取决于它们的大小和间距。非因果过程是如果你用手推倒所有的多米诺骨牌；多米诺骨牌的移动速度取决于你推动它们的速度。上面的照片展示了该装置的早期版本；导线是右侧的白色弧线，控制器是左侧的电路板。
这种突破速度壁垒的方法可能看起来像作弊——毕竟，没有物质物体突破壁垒。但从电磁学的角度来看，这无关紧要。无论导线中脉冲的起源是什么，它都涉及到电荷的运动并发出电磁辐射。辐射以光速向外传播，但永远会受到产生它的速度的影响。当辛格尔顿、施密特和他们的团队使用他们的技术产生亚光速脉冲时，产生的辐射看起来就像普通的因果脉冲产生的辐射一样。对于超光速脉冲，辐射看起来就像带电粒子真的可以超过光速时产生的辐射一样。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续报道关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
也就是说，它看起来非常奇怪。不仅辐射在空间中高度聚焦，而且在时间上也高度聚焦——最初需要花费，比如说，10秒钟产生的脉冲，可能会被压缩到1毫秒，因为所有的电磁波前都被挤压在一起。时间上的聚焦导致辐射在很宽的电磁频谱范围内扩散。此外，聚焦还提供了一定程度的放大，使得辐射强度不是随着距离的平方反比而减小，而是随着距离的反比而减小。
这种聚焦可能非常有助于以最小的功率发射无线电波，但辛格尔顿和施密特的主要兴趣是将这个想法应用于天体物理学——特别是脉冲星。天体物理学家认为这些天体是超高密度的中子星，它们在旋转时产生无线电脉冲，很像灯塔。但他们一直在努力解释为什么无线电脉冲如此尖锐，以及为什么它们会出现在如此广泛的频谱范围内。辛格尔顿和施密特，在剑桥大学的侯尚·阿尔达万在 20 世纪 80 年代的工作基础上，认为这些特性是中子星磁场驱动的超光速电流的自然结果。由于简单的几何原因，在距离恒星一定距离之外，磁场以超光速扫过大气层。
研究人员现在正在将他们的模型应用于天体物理学的另一个谜团，伽马射线暴。天体物理学家通常通过假设平方反比定律来估计这些爆发的内在功率产生，而他们得到的值超出了图表范围。但如果涉及到超光速效应，平方反比定律可能会高估功率，天文学家应该真正使用简单的反比定律。
辛格尔顿说，超光速电流的基本原理可以追溯到英国物理学家奥利弗·亥维赛和德国物理学家阿诺德·索末菲在 19 世纪 90 年代的工作，但由于爱因斯坦的理论劝退了物理学家思考超光速现象，即使是那些规避了这些理论的严格限制的现象，也被遗忘了。我只是简单地谈到了这种引人入胜的物理学，我建议你阅读该团队的论文，从这篇开始。“人们只是不考虑物体以超过光速的速度运动，”辛格尔顿说。“这是一个完全开放且未被探索的领域。”
照片由安德烈亚·施密特、约翰·辛格尔顿和同事提供