欧洲科学家发现超光速粒子 若验证为真将颠覆相对论

 　　欧洲研究人员发现，一些中微子能够以超过光速60纳秒的速度运行，如果这一发现被多方证实，将推翻爱因斯坦的相对论。

欧洲核子研究中心外景。
欧洲科学家发现中微子超光速现象 
违背爱因斯坦相对论,现代物理学或被重写
   本报综合消息 欧洲大型强子对撞机“撞”出了一个令人惊叹的结果,科学家近日宣布在试验中发现一种亚原子微粒运动速度比光速还快。如果这个结果得到证实,现代物理学的基石将被撼动。英国《自然》杂志网站9月22日报道,欧洲研究人员发现了难以解释的中微子超光速现象,这一现象违背了爱因斯坦相对论,研究人员目前对此持谨慎态度,希望全球科学家能共同探究原因。据报道,意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为OPERA的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子,两地相距730公里,中微子“跑”过这段距离的时间比光速还快了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)。参与实验的瑞士伯尔尼大学的安东尼奥·伊拉蒂塔托说,他和同事被这一结果震惊了,他们随后反复观测到这个现象1.6万次,并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响,认为这个观测结果站得住脚,于是决定将其公开。光速约每秒30万公里,爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速,这成为现代物理学的重要基础。如果真的证实这种超光速现象,其意义十分重大,整个物理学理论体系或许会因之重建。由于事关重大,一些专家对观测到的这种超光速现象持谨慎态度。伊拉蒂塔托就此表示,欢迎来自外界的质疑,他和同事正是因为找不出任何解释,才公布结果希望寻求全球科学界同行的帮助。2007年,美国研究人员在从费米实验室向另一个名为MINOS的实验装置发射中微子时也观测到类似的超光速现象,但当时研究人员对整个实验的精确度不是很有信心。如果超光速现象确实存在,势必需要新的理论解释。有研究人员猜测,可能如弦理论预测的那样,在空间中还存在其他未知的维度,这些中微子就是抄了其他维度的“近路”而“跑”得比光还快。
　欧洲核子研究中心23日宣布，他们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞行，一旦这一发现被验证为真，将颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。
　　相对论称光速最快
　　当天，欧洲核子研究中心公布了一份研究结果，科研人员在让中微子进行近光速运动时，其到达时间比预计的早了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒），对此，研究者认为，这可能意味着这些中微子是以比光速快60纳秒的速度运行。
　　根据爱因斯坦狭义相对论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速。如果此次研究结果被验证为真，意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战。
　　此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心，接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所。粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离，研究者让粒子束以近光速运行，并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度。中微子束在两地之间的地下管道中穿梭。
　　被观测到1.6万次
　　“这个结果十分令人震惊，”该研究项目发言人艾瑞迪塔托说，“我们在好几个月中反复研究核对，并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响。”艾瑞迪塔托说，科研人员反复观测到这个现象达1.6万次。
　　“这是很令人感兴趣的结果，但它科学上的准确性，还要更多的实验才能来验证。”中科院高能物理研究所所长陈和生对本报记者说。他表示，目前物理学界也出现了一些对该实验结果的不同意见，一是怀疑粒子束飞行距离的准确性，二是粒子束本身长度的准确性。
　　此次实验的研究者之一奥迪瑞说，“尽管我们测量的系统不确定性很低，统计数据准确性也很高，但我们还是希望能与其他实验做对比。”
　　根据研究者的声明，中微子束的发射地到接收地之间的距离，存在着20厘米的不确定性。对中微子束飞行时间通过高级GPS系统和原子钟等精密设备测量，精确度小于10纳秒级别。
　　新发现潜在影响巨大
　　欧洲核子研究中心在一份声明中表示，这个结果的潜在影响巨大，急需其他实验的独立测量进行重复实验，接受更广泛、更严谨的考验，这才能最终验证或反驳是否真的存在超光速粒子。目前，研究中心已将此实验论文上传到公开网站上，并对全球物理学界进行在线说明。
　　“（研究）对科学产生的潜在影响实在太大了，我们无法立刻就给出结论，或做出物理解释。我的第一反应是，中微子实在太神秘，让我们惊喜。”艾瑞迪塔托说。
　　■ 影响
　　新发现或改变人类宇宙观
　　欧洲核子研究中心研究主任贝托鲁奇说，如果这个研究被验证，将改变人类的物理观。
　　物理学家们认为，一旦这些粒子确实被证实跑过了光速，将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法，甚至改变人类存在的模式。有分析人士认为，可能宇宙中的确还存在其他未知维度，中微子抄了其他维度的“近路”，才“跑”得比光快。
　　中科院高能物理研究所所长陈和生说，希望研究方能够提供更多实验细节，也希望能看到其他的重复实验，“现在说爱因斯坦相对论受到挑战还太早。”
　　■ 名词
　中微子：宇宙隐身人
　　中微子是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，中微子质量非常轻，小于电子的百万分之一。
　　中微子具有最强的穿透力。穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此，中微子也被称为宇宙间的“隐身人”。中微子在发射后不断衰变，质量变得非常小，它是唯一在理论上可以以光速运行的粒子。
　　在电影《2012》中，中微子正是主角之一。在电影中，太阳活动突然加剧，释放出大量中微子。中微子穿过地表，和地核发生反应，并将后者加热并熔化。带来剧烈地震和火山爆发，最终引发超级大海啸。
    ■新闻词典
爱因斯坦相对论
   爱因斯坦相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论讨论的是匀速直线运动的惯性参照系之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的常识性观念,提出了“时间和空间的相对性”,“四维时空”,“弯曲空间”等全新的概念。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。
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超光速运动
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[导读]天文学中，超光速运动是一种外显的超过光速的运动，出现在一些无线电银河系、类星体中，最近也发现出现在一些称作微类星体的星系类辐射源。这些来源被认为中心含有黑洞，因此造成了质量体以高速射出。超光速运动首次发现於1970年代早期，一开始被视为不利于类星体具有宇宙论尺度距离说法的一项证据。虽然一些天文物理学家仍为这论点辩解，多数人相信这个大于光速的外显速度是一种光学错觉(optical illusion)，并不包含任何与狭义相对论相违背的物理学。
解释
　　对此现象的解释相当简单直接，即“光行时间效应”(light travel time effect)。想象一小团物质从银河系(星系)中心出发，并且朝向你极快速地移动，几乎是迎面而来。  超光速运动
　　当这团块还在银河中心时，它发出一些朝向你的光。在它移向你後(并且一点点偏向侧边)，并且又再次向你发光，这次的光会花上比较短的时间向你行进，以其离你较近。如果你忽略了这项事实，那麼你就会低估了真正的时间间隔(就你的惯性参考系而言)，因此你会高估速率。 　　换句话说，若你要计算团块移动多快，却假设它移动方向垂直于你与银河间的连接线，那麼你就会低估时间间隔，因为你忽略了事实上它也朝你移动，而得到数倍于光速的速率。这现象常见于两个反向的喷流，一道远离我们，一道接近我们。若这两道辐射源，我们都观测多普勒位移，则速度与距离可以被决定，不受其他观察项目的影响。[1]
发展
　　在1966年，马丁·里斯(Martin Rees)预测了(《自然》杂志211期，  超光速运动
468页)：一物体以相对论性速度以及适切方向移动时，对远方观察者而言看起来可能像是有远大于光速的横向速度。几年后(于1970年)，这样的辐射源真的被发现了，形式为非常远处的天文学射电辐射源，例如射电星系与类星体。它们被称为「超光速辐射源」。这项发现是一项新技术的惊人结果，此技术称为特长基线干涉仪(Very Long Baseline Interferometry)，允许小于毫角秒的位置决定，并可用在天空中位置变化的决定；这种变化称为自行(又称本动，proper motion)，为期通常是好几年。外显速度的得到是透过将观察到的自行与距离相乘，可以上达6倍光速。之后，科学家们通过观察类星体的膨胀，并通过光谱测量了它们与地球的距离，计算出它们的膨胀速度也超过光速。在1994年，在取得一项银河速率纪录的同时，发现了本银河系的超光速辐射源——宇宙x射线源GRS1915+105。团块的膨胀时间相对短得许多。许多个别的团块被侦测到(I.F. Mirabel and L.F. Rodriguez于《自然》杂志371期，48页，银河中的超光速辐射("A superluminal source in the Galaxy") )其成对膨胀，一周内常可达0.5角秒。因为与类星体相类比，这样的辐射源被称为微类星体。。
其他
　　在量子论的世界里，物理量是“成对”的。也就是说，你不能同时  超光速运动
精确地测量两个相关联的物理量（称“测不准原理”）。速度是和位置成对的。所以，只要粒子的位置被精确地测定，它的速度就不会完全确定，同一个粒子可能在同一时间具有多个位置，具有多重存在性。也可能同一个事件具有多个不同的历史，（比如薛定谔猫）在理论中空间和时间也不是绝对的连续和平滑的，时间小于在10^-31s时不在能继续分割空间在小于10^-33m时也不能继续分割。不存在绝对的时空在量子空间中所以说有可能超过光速。科学家们在实验室中已经观测到了这一现象，将超过光速的粒子命名为“超子”。而在黑洞中，粒子正是借着这个测不准原理“蒸发”逃出黑洞的。[3]
成就
　　超光速(faster-than-light， FTL或称superluminality)会成为一个讨论题目  超光速运动
，源自于相对论中对于局域物体不可超过真空中光速c的推论限制，光速成为许多场合下速率的上限值。在此之前的牛顿力学并未对超光速的速度作出限制。而在相对论中，运动速度和物体的其它性质，如质量甚至它所在参考系的时间流逝等，密切相关，速度低于（真空中）光速的物体如果要加速达到光速，其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量，而且它所感受到的时间流逝甚至会停止（如果超过光速则会出现“时间倒流”），所以理论上来说达到或超过光速是不可能的（至于光子，那是因为它们永远处于光速，而不是从低于光速增加到光速）。但也因此使得物理学家（以及普通大众）对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。 　　
（Nature,2000,406:277）杂志发表了一篇关于“超光速”实验的论文，引起了人们对超光速倒底是否存在的讨论。其实对在介质中使光脉冲的群速度超过真空中光速c， 科学家们早有研究，而Nature中报道的这个实验就是实现了这种想法。但是这并非是人们想象的那种所谓违反因果律（或者相对论）的超光速，为了说明这个问题，让我们看一看由华人科学家王力军所做的这个实验。光脉冲是由不同频率、振幅、相位的光波组成的波包，光脉冲的每个成分的速度称为相速度，波包峰的速度称为群速度。在真空中二者是相同的，但是在介质中如我们所知道的存在如下的群速度与介质。折射率的关系：vg = c / ng ， ng = n + ω(dn/dω)显然在一定的情况下（如反常色散很强的介质）可以出现负的群速度，此时，光脉冲在介质中传播比真空中花的时间短，其差ΔT = (L/v) - (L/c)达到绝对值足够大时就可以观察到“超光速”现象，即“光脉冲峰值进入介质以前，在另一边已经有脉冲峰出射了”。那么这种超光速是不是违背因果率呢？我们仔细考查王的实验就会发现，出射光脉冲虽然是在入射脉冲峰值进入介质之前出现的，但在这之前入射脉冲的前沿早已进入介质了，因此出射脉冲可以看作是由入射脉冲前沿与介质相互作用产生 的。其实王的实验重要意义正在于实现了可观测的负群速度的这一现象，而不是像媒体炒作的那样发现了什么“超光速”，负的群速度在这里就不能理解为光的速度了，它也不是能量传输的速度。当然，这一实验本身就说明我们人类对光的认识又前进了一步。对这个实验的解释只凭折射率与群速度的关系这个公式是远远不够的，这其中包含了量子干涉的效应，涉及到对光的本质的认识，揭开蒙在“超光速实验”头上的面纱，仍然是科学家们奋斗的目标。
　　很多人在了解了这个实验后就会想到能否用这种“超光速”效应来传递信息，在王的实验中，“超光速”的脉冲不能携带有用的信息，因此也就无从谈起信息的超光速传递，同样能量的超光速传输也是不行的。与超光速实验具有相同轰动效应的是另一种“超光速”现象quantum teleportation即量子超空间传输（或量子隐形传态），这个奇妙的现象因其与量子信息传递及量子计算机的实现有密切联系而引起人们的关注。所谓超空间，就是量子态的传输不是在我们通常的空间进行，因此就不会受光速极限的制约，瞬时地使量子态从甲地传输到乙地（实际上是甲地粒子的量子态信息被提取瞬时地在乙地粒子上再现），这种量子信息的传递是不需要时间的，是真正意义的超光速（也可理解为超距作用）。在量子超空间传输的过程中，遵循量子不可克隆定律，通过量子纠缠态使甲乙粒子发生关联，量子态的确定通过量子测量来进行，因此当甲粒子的量子态被探测后甲乙两粒子瞬时塌缩到各自的本征态，这时乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。这种信息的传递是“超光速”的。但是，如果一位观测者想要马上知道传送的信息是什么，这是不可能的，因为此时粒子乙仍处于量子叠加态，对它的测量不能得到完全的信息，我们必须知道对甲粒子采取了什么测量，所以不得不通过现实的信息传送方式（如电话，网络等）告诉乙地的测量者甲粒子此时的状态。最终，我们获得信息的速度还是不能超过光速！量子超空间传输的实验已在1997年实现了。以上两个超光速的方案目前还只处于理论探讨和实验阶段，离实用还有很远的距离，而且这两个问题都涉及到物理学的本质，实验现象及其解释都在争论之中。
相关
　　人们所感兴趣的超光速，一般是指超光速传递能量或者信息。根据狭义相对论，这种意义下的超光速旅行和超光速通讯一般是不可能的。目前关于超光速的争论，大多数情况是某些东西的速度的确可以超过光速，但是不能用它们传递能量或者信息。但现有的理论并未完全排除真正意义上的超光速的可能性。首先讨论第一种情况：并非真正意义上的超光速。
切伦科夫效应
　　媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中  超光速运动
的光速。在这种情况下会发生辐射，称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速，真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。
第三观察者
　　如果A相对于C以0.6c的速度向东运动，B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说，A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中，在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A的速度也是0.88c。
影子和光斑
　　在灯下晃动你的手，你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒，你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是，不能以这种方式超光速地传递信息。
刚体
　　敲一根棍子的一头，振动会不会立刻传到另一头？这岂不是提供了一种超光速通讯方式？很遗憾，理想的刚体是不存在的，振动在棍子中的传播是以声速进行的，而声速归根结底是电磁作用的结果，因此不可能超过光速。
相速度
　　光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指连续的（假定信号已传播了足够长的时间，达到了稳定状态）的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”。很显然，单纯的正弦波是无法传递信息的。要传递信息，需要把变化较慢的波包调制在正弦波上，这种波包的传播速度叫做群速度，群速度是小于光速的。
超光速星系
　　朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速。这是一种假象，因为没有修  超光速运动
正从星系到我们的时间的减少。举一个例子：假如我们测量一个目前离我们10光年的星系，它的运动速度为2/3 c。现在测量，测出的距离却是30光年，因为它当时发出的光到时，星系恰到达10光年处；3年后，星系到了8光年处，那末视距离为8光年的3倍，即24光年。结果，3年中，视距离减小了6光年。
相对论火箭
　　地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离，火箭上的时钟相对于地球上的人变慢，是地球时钟的0.6倍。如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间，将得到一个“速度”是4/3 c。因此，火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动。对于火箭上的人来说，时间没有变慢，但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍，因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动。这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。
万有引力传播的速度
　　有人认为万有引力的传播速度超过光速。实际上万有引力以光速传播。
EPR悖论
　　1935年Einstein，Podolski和Rosen发表了一个思想实验试图表明量子力学的不完全性。他们认为在测量两个分离的处于entangled state的粒子时有明显的超距作用。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息，因此超光速通信不存在。但是关于EPR悖论仍有争议。
虚粒子
　　在量子场论中力是通过虚粒子来传递的。由于海森堡不确定性这些虚粒子可以以超光速传播，但是虚粒子只是数学符号，超光速旅行或通信仍不存在。
量子隧
　　量子隧道是粒子逃出高于其自身能量的势垒的效应，在经典物理中这  超光速运动
种情况不可能发生。计算一下粒子穿过隧道的时间，会发现粒子的速度超过光速。一群物理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验：他们声称以4.7c的速度穿过11.4cm宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲。当然，这引起了很大的争议。大多数物理学家认为，由于海森堡不确定性，不可能利用这种量子效应超光速地传递信息。如果这种效应是真的，就有可能在一个高速运动的坐标系中利用类似装置把信息传递到过去。 　　Terence Tao认为上述实验不具备说服力。信号以光速通过11.4cm的距离用不了0.4纳秒，但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号。因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验。
卡西米效应
　　当两块不带电荷的导体板距离非常接近时，它们之间会有非常微弱但仍可测量的力，这就是卡西米效应。卡西米效应是由真空能(vacuum energy)引起的。Scharnhorst的计算表明，在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速（对于一纳米的间隙，这个速度比光速大10-24）。在特定的宇宙学条件下（比如在宇宙弦(cosmicstring)的附近[假如它们存在的话]），这种效应会显著得多。但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。
宇宙膨胀
　　哈勃定理说：距离为D的星系以HD的速度分离。H是与星系无关的常数，称为哈勃常数。距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离，但这是相对于第三观察者的分离速度。
月亮以超光速的速度绕着我旋转
　　当月亮在地平线上的时候，假定我们以每秒半周的速度转圈儿，因为  超光速运动
月亮离我们385,000公里，月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里，大约是光速的四倍多！这听起来相当荒谬，因为实际上是我们自己在旋转，却说是月亮绕这我们转。但是根据广义相对论，包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的，这难道不是月亮以超光速在运动吗？ 　　问题在于，在广义相对论中，不同地点的速度是不可以直接比较的。月亮的速度只能与其局部惯性系中的其他物体相比较。实际上，速度的概念在广义相对论中没多大用处，定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难。在广义相对论中，甚至“光速不变”都需要解释。爱因斯坦自己在《相对论：狭义与广义理论》第76页说“光速不变”并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候，如何确定速度并不是那么清楚的。 　　尽管如此，现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的。当距离和时间单位通过光速联系起来的时候，光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义。在前面所说的例子中，月亮的速度仍然小于光速，因为在任何时刻，它都位于从它当前位置发出的未来光锥之内。
明确超光速的定义
　　第一部份列举的各种似是而非的“超光速”例子表明了定义“超光速”的困难。象影子和光斑的“超光速”不是真正意义的超光速，那么，什么是真正意义上的超光速呢？在相对论中“世界线”是一个重要概念，我们可以借助“世界线”来给“超光速”下一个明确定义。 　　什么是“世界线”？我们知道，一切物体都是由粒子构成的，如果我们能够描述粒子在任何时刻的位置，我们就描述了物体的全部“历史”。想象一个由空间的三维加上时间的一维共同构成的四维空间。由于一个粒子在任何时刻只能处于一个特定的位置，它的全部“历史”在这个四维空间中是一条连续的曲线，这就是“世界线”。一个物体的世界线是构成它的所有粒子的世界线的集合。不光粒子的历史可以构成世界线，一些人为定义的“东西”的历史也可以构成世界线，比如说影子和光斑。影子可以用其边界上的点来定义。这些点并不是真正的粒子，但它们的位置可以移动，因此它们的“历史”也构成世界线。四维时空中的一个点表示的是一个“事件”，即三个空间坐标加上一个时间坐标。任何两个“事件”之间可以定义时空距离，它是两个事件之间的空间距离的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号。狭义相对论证明了这种时空距离与坐标系无关，因此是有物理意义的。时空距离可分三类：类时距离：空间间隔小于时间间隔与光速的乘积类光距离：空间间隔等于时间间隔与光速的乘积类空距离：空间间隔大于时间间隔与光速的乘积。下面我们需要引入“局部”的概念。一条光滑曲线，“局部”地看，非常类似一条直线。类似的，四维时空在局部是平直的，世界线在局部是类似直线的，也就是说，可以用匀速运动来描述，这个速度就是粒子的瞬时速度。光子的世界线上，局部地看，相邻事件之间的距离都是类光的。在这个意义上，我们可以把光子的世界线说成是类光的。任何以低于光速的速度运动的粒子的世界线，局部的看，相邻事件之间的距离都是类时的。在这个意义上，我们可以把这种世界线说成是类时的。而以超光速运动的粒子或人为定义的“点”，它的世界线是类空的。这里说世界线是类空的，是指局部地看，相邻事件的时空距离是类空的。因为有可能存在弯曲的时空，有可能存在这样的世界线：局部地看，相邻事件的距离都是类时的，粒子并没有超光速运动；但是存在相距很远的两个事件，其时空距离是类空的。这种情况算不算超光速呢？这个问题的意义在于说明既可以定义局部的“超光速”，也可以定义全局的“超光速”。即使局部的超光速不可能，也不排除全局超光速的可能性。全局超光速也是值得讨论的。总而言之，“超光速”可以通过类空的世界线来定义，这种定义的好处是排除了两个物体之间相对于第三观察者以“超光速”运动的情况。下面来考虑一下什么是我们想超光速传送的“东西”，主要目的是排除“影子”和“光斑”之类没用的东西。粒子、能量、电荷、自旋、信息是我们想传送的。有一个问题是：我们怎么知道传送的东西还是原来的东西？这个问题比较好办，对于一个粒子，我们观察它的世界线，如果世界线是连续的，而且没有其他粒子从这个粒子分离出来，我们就大体可以认为这个粒子还是原来那个粒子。显然，传送整个物体从技术上来讲要比传送信息困难得多。现在我们已经可以毫无困难地以光速传递信息。从本质上讲，我们只是做到了把信息放到光子的时间序列上去和从光子的时间序列中重新得到人可读的信息，而光子的速度自然就是光速。类似地，假如快子（tachyons，理论上预言的超光速粒子）真的存在的话，我们只需要发现一种能够控制其产生和发射方向的技术，就可以实现超光速通信。极其可能的是，传送不同的粒子所需要的代价是极其不同的，更经济的办法是采用复制技术。假如我们能够得到关于一个物体的全部信息，并且我们掌握了从这些信息复制原物体的技术，那么超光速通信与超光速旅行是等价的。科幻小说早就有这个想法了，称之为远距离传真(teleport)。简单的说，就是象传真一样把人在那边复制一份，然后把这边的原件销毁，就相当于把人传过去了。当然问题是象人这种有意识的复杂物体能否复制。
无限大的能量
　　E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)；上述公式是静止质量为m的粒子以速度v运动时所具有的能量。很显然，速度越高能量越大。因此要使粒子加速必须要对它做功，做的功等于粒子能量的增加。注意当v趋近于c时，能量趋于无穷大，因此以通常加速的方式使粒子达到光速是不可能的，更不用说超光速了。 　　但是这并没有排除以其他方式使粒子超光速的可能性。粒子可以衰变成其他粒子，包括以光速运动的光子（光子的静止质量为零，因此虽以光速运动，其能量也可以是有限值，上述公式对光子无效）。衰变过程的细节无法用经典物理学来描述，因此我们无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性(?)。另一种可能性是速度始终高于光速的粒子。既然有始终以光速运动的光子，有始终以低于光速的速度运动的粒子，为什么不会有始终以高于光速的速度运动的粒子呢？问题是，如果在上述公式中v>c，要么能量是虚数，要么质量是虚数。假如存在这样的粒子，虚数的能量与质量有没有物理意义呢？应该如何解释它们的意义？能否推出可观测的预言？只要找到这种粒子存在的证据，找到检测这种粒子的方法，找到使这种粒子的运动发生偏转的方法，就能实现超光速通信。
量子场论
　　到目前为止，除引力外的所有物理现象都符合粒子物理的标准模型。标准模型是一个相对论量子场论，它可以描述包括电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用在内的三种基本相互作用以及所有已观测到的粒子。根据这个理论，任何对应于两个在有类空距离的事件处所作物理观测的算子是对易的(any pair of operators corresponding to physical observables at space-time events which are separated by a space like interval commute)。原则上讲，这意味着任何作用不可能以超过光速的速度传播。但是，没有人能证明标准模型是自洽的(self-consistent)。很有可能它实际上确实不是自洽的。无论如何，它不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。也没有人把它推广到包括广义相对论和引力。很多研究量子引力的人怀疑关于因果性和局域性的如此简单的表述能否作这样的推广。总而言之，在将来更完善的理论中，无法保证光速仍然是速度的上限。
祖父悖论
　　（因果性）：反对超光速的最好证据恐怕莫过于祖父悖论了。根据狭义相对论，在一个参考系中超光速运动的粒子在另一坐标系中有可能回到过去。因此超光速旅行和超光速通信也意味着回到过去或者向过去传送信息。如果时间旅行是可能的，你就可以回到过去杀死你自己的祖父。这是对超光速强有力的反驳。但是它不能排除这种可能性，即我们可能作有限的超光速旅行但不能回到过去。另一种可能是当我们作超光速旅行时，因果性以某种一致的方式遭到破坏。总而言之，时间旅行和超光速旅行不完全相同但有联系。如果我们能回到过去，我们大体上也能实现超光速旅行。
第三部份：未定论的超光速的可能性
快子
　　快子是理论上预言的粒子。它具有超过光速的局部速度（瞬时速度）。它的质量是虚数，但能量和动量是实数。有人认为这种粒子无法检测，但实际未必如此。影子和光斑的例子就说明超过光速的东西也是可以观测到的。目前尚无快子存在的实验证据，绝大多数人怀疑它们的存在。有人声称在测Tritium贝塔衰变放出的中微子质量的实验中有证据表明这些中微子是快子。这很让人怀疑，但不能完全排除这种可能。快子理论的问题，一是违反因果性，二是快子的存在使真空不稳定。后者可以在理论上避免，但那样就无法实现我们想要得超光速通信了。实际上，大多数物理学家认为快子是场论的病态行为的表现，而公众对于快子的兴趣多是因为它们在科幻作品中出现得次数很多。
虫洞
　　关于全局超光速旅行的一个著名建议是利用虫洞。虫洞是弯曲时空中连接两个地点的捷径，从A地穿过虫洞到达B地所需要的时间比光线从A地沿正常路径传播到B地所需要的时间还要短。虫洞是经典广义相对论的推论，但创造一个虫洞需要改变时空的拓扑结构。这在量子引力论中是可能的。开一个虫洞需要负能量区域，Misner和Thorn建议在大尺度上利用Casimir效应产生负能量区域。Visser建议使用宇宙弦。这些建议都近乎不切实际的瞎想。具有负能量的怪异物质可能根本就无法以他们所要求的形式存在。Thorn发现如果能创造出虫洞，就能利用它在时空中构造闭合的类时世界线，从而实现时间旅行。有人认为对量子力学的多重性(multiverse)解释可以用来消除因果性悖论，即，如果你回到过去，历史就会以与原来不同的方式发生。Hawking认为虫洞是不稳定的，因而是无用的。但虫洞对于思想实验仍是一个富有成果的区域，可以用来澄清在已知的和建议的物理定律之下，什么是可能的，什么是不可能的。
曲相推进
　　曲相推进是指以特定的方式让时空弯曲，从而使物体超光速运动。Miguel Alcubierre因为提出了一种能实现曲相推进的时空几何结构而知名。时空的弯曲使得物体能以超光速旅行而同时保持在一条类时世界线上。跟虫洞一样，曲相推进也需要具有负能量密度的怪异物质。即使这种物质存在，也不清楚具体应如何布置这些物质来实现曲相推进。
真空物质状态
　　通过建立真空物质能量状态的二个假设，及基于等效Binet方程，给出了与Einstein狭义相对论有关结论相融合的物质粒子以光速及超光速运动的质量及能量方程；作为推论，对这些方程与暗物质及暗能量的可能对应关系予以了初步探讨。
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美国科学家欲借暗能量打造“超光速飞船” 
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    据美国太空网报道，美国贝勒大学两名物理学家表示，未来的太空飞船可在周围形成一个时空气泡，并在它的帮助下以超光速速度飞行。
    科学家称这种超光速飞船要在非常遥远的未来才可能出现，并且需求助于暗能量，这是隐藏在宇宙不断扩张背后的神秘能量，能够在不违背物理学原理的前提下为飞船提供超级动力。
    贝勒大学物理学家杰拉尔德·克利夫(Gerald Cleaver)说：“飞行过程就像是在冲浪。飞船可在空间气泡的推动下飞行，气泡的飞行速度可超过光速。”从理论上说，大爆炸后不久的宇宙在暗能量作用下的膨胀速度超过光速。暗能量在宇宙质能中的比重约为74%，暗物质则占22%，正常物质——包括恒星、行星及其我们所能看到的一切事物——则占剩余的4%左右。这听起来有些不可思议，但当前的证据显示，这种时空结构的扩张速度确实超过光速，原因在于：光在时空结构中的传播本身就是一个扩张过程。
    克利夫与贝勒大学研究生理查德·奥伯塞(Richard Obousy)利用弦理论的最新观点，构思如何利用暗能量为飞船提供推动力。他们的想法建立在“埃尔库比尔飞行”基础之上，即扩大飞船身后的时空，同时缩小身前的时空。弦理论学家认为一共存在10个纬度，包括高度、宽度、长度和时间。其它6个纬度大部分尚不得知，但世上万物都建立在假设中的一纬弦基础之上。一种更新的理论“M理论”认为，这些弦会在另一个纬度中振荡。
    根据克利夫和奥伯塞的理论，操控额外的纬度能够改变暗能量的高度、宽度和长度。这种能力可以改变飞船所在的时空，充分利用宇宙中的暗能量。克利夫在接受太空网采访时说：“在飞船身前的暗能量减少的同时，飞船身前的宇宙扩张速度也在减慢。如果飞船身前的暗能量减少，飞船身前的空间将收缩。”这种“钻空子”意味着超光速飞船并不违背爱因斯坦的相对论。根据相对论，物体需要无限的能量才能达到光速。
    据贝勒大学的这两位物理学家估计，操控额外纬度的暗能量所需要的能量能够将木星的全部质量转换成能量。克利夫说：“这无疑是一个巨大的能量。我们仍需要相当长时间才能让产生如此巨大的能量成为一种可能。”超光速旅行是爱因斯坦秘梦寐以求的事情，但从目前来看，这不过是一个令人憧憬的科学幻想。
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科大证爱因斯坦理论 单一光子不能超越光速极限
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   科大物理学系助理教授杜胜望团队，首次透过实验证实单一光子不能超越光速极限。香港文汇报记者梁祖彝 摄
   中新网7月20日电 据香港文汇报报道，爱因斯坦被誉为现代物理学之父，他其中一个著名理论，就是没有任何物质的运动可以超越光速。围绕有关基础，学界多年来于科研上更取得不少进展。今年，香港科技大学物理学系助理教授杜胜望及其团队，更就有关理论取得重大实验突破。
他们透过电磁诱导透明技术，将单一光子(Photon)中的光前驱波分离，并首次证明任何光子都不能超越光速极限，确切证实爱因斯坦的理论。是次实验结果，也基本推翻透过光子作时间穿梭的理论假设，未来要制作任何时光机，亦只能另辟蹊径。光速每秒近30万公里，即可环绕地球7个圈，根据爱因斯坦理论，那一直被视为极限速度。约十多年前科学家一度发现，由一大群光子组成的光脉冲，能出现超光速“视觉效应”，虽然那未足否定爱因斯坦理论，但亦令不少人科学家寄望，尝试以单光子超越光速并传递信息及时间穿梭的可能性。 为探索有关问题，科大杜胜望与其队伍花了3年时间研究，终在今年得出成果，于上月出版的《物理评论快报》发表作焦点介绍。在实验中研究人员先产生一对单光子，并控制其形状，引导其中一个光子通过一团激光冷却的铷原子，利用电磁诱导透明效应，成功将光前驱波(Optical precursor)从单光子中“拆开”。实验进一步发现，光前驱波就是单光子速度最快的“前驱”部分，而光速移动则是其极限，也就是说，单光子根本无法超越光速，为其速度写下结论。是次实验首次为爱因斯坦相关理论提供充分证据，也说明在物理现象中，结果不能先于原因出现。杜胜望指，若从应用层面看，研究结果主要有两个意义：一是证明了单光子不能超越光速，从而减低其它实验走错方向的机会，例如时间穿梭的研究，将不可能透过光子来实现；二是为未来信息传输加密带来新启示，即如通讯只透过单光子进行，过程中只要一有干扰或接触，就会立刻被发现。08年加入科大的杜胜望又表示，由于单光子的研究不易控制，现时世界上专家并不多，他们的研究可说是“走在世界最前”，未来也面对极大挑战。虽然有关实验大部分仪器均是自行组件，但3年亦已耗资达300万元，资金分别来自科大及捐赠，但去年起亦开始获研资局拨款，继续研究单光子特性。
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爱因斯坦相对论遭质疑
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爱因斯坦相对论遭质疑
欧洲粒子物理实验室的科学家22日声称，他们测量到了运动速度超过光速的亚原子粒子，其运动速度是通过从日内瓦实验室向700公里以外的另一个实验室发射的微子中测到的。科学家们表示对这个结果迷惑不解，对此持谨慎态度，并请求其他科学人士来证实这一测量结果。因为如果他们的发现得到证实，将颠覆爱因斯坦的相对论里“光速超过任何物质运动的速度”这一基本物理定律。但该研究小组发言人安东尼奥·艾莱迪塔诺说：“我们对研究成果很有信心。我们花了几个月时间，反复检验数据和设备，都没有发现任何错误。”1905年，爱因斯坦提出的狭义相对论称，在真空环境中，宇宙中没有任何物质的运动速度可以超过光速。这已经成为人们理解宇宙和时间的理论依据，同时也是现代物理的理论基础之一。如果真的证实这种超光速现象，其意义十分重大，整个物理学理论体系或许会因之重建。
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“上帝粒子”风波实为文字游戏？
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   过去一个月，全世界粒子物理学家体验了一把坐过山车的感觉。让他们辗转反侧的，是一种看不见摸不着的基本粒子——希格斯玻色子。1964年，英国物理学家Peter Higgs预言了这种粒子的存在，这种粒子的自旋为零，是物质的质量之源，其他粒子受其作用产生惯性，最终形成质量。希格斯玻色子是宇宙形成的基础，被科学界誉为“上帝粒子”。在粒子物理学“标准模型”理论所预言的62种基本粒子中，希格斯玻色子是唯一至今仍未现形的粒子。欧美物理学家也展开了对“上帝粒子”的地毯式搜索。2008年9月，历时20年、耗资54.6亿美元建成的大型强子对撞机（LHC）正式开机。借助史无前例的对撞能量，亚原子粒子束得以被加速到接近光速而发生对撞，在撞击产生的微小空间中，温度在一瞬间会达到太阳温度的10万倍。在这样一个短暂的过程中，人们或许可以找到一些基本粒子，这其中就包括神秘的“上帝粒子”。物理学家们的心中重新燃起了希望。7月22日，欧洲核子物理研究中心（CERN）宣称，LHC可能捕捉到了希格斯玻色子存在的线索；两天后，美国费米实验室也得到了类似的数据，费米实验室物理学家在7月27日报告说，他们已大幅度缩小了该粒子的搜索范围，这一谜题有望在9月末得以揭开。然而近日，欧核中心又突然改口，称一些迹象表明“上帝粒子”可能根本不存在，通过LHC的实验数据找到该粒子的踪迹“意义不大”。在不到一个月的时间里，粒子物理经历了冰火两重天。这种神秘物质究竟存不存在？中科院高能物理所所长、中科院院士陈和生告诉《科学时报》，高能物理所一直在参与LHC相关的实验，目前的实际情况是，“LHC的数据积累还不够，还没有确切的证据证明希格斯玻色子是否存在”。欧核中心和费米实验室不那么肯定的语气似乎也证实了这一点。欧核中心不少物理学家坦承，他们的数据不排除是模型缺陷或者统计失误造成的“误会”；费米实验室专家也强调，他们只是发现了一些线索，并不代表找到了“上帝粒子”。“有时候科研机构为了吸引公众的注意力，就会出来制造一点新闻。”陈和生认为，这段时间的相关新闻不能排除炒作的嫌疑。早在今年1月，费米实验室就宣布，由于经费短缺，他们的万亿电子伏特加速器可能会于今年9月关闭。如果这一消息属实，LHC就将成为世界上唯一一台还在寻找“上帝粒子”的加速器，从而终结两大实验室在这一领域的竞争。“上帝粒子”风波究竟是美国人的最后一搏，还是欧核中心的炒作噱头？人们拭目以待。如果“上帝粒子”的确不存在，统治粒子物理界近半个世纪的“标准模型”理论就要打上一个大大的问号。不过，陈和生认为这并不意味着粒子物理将彻底挫败。“从牛顿时代开始，物理学从来就没有一个完美的终极理论，总会不断有新的理论出现，代替或者完善原来的理论。”
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欧洲研究人员发现难以解释的超光速现象
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   英国《自然》杂志网站22日报道，欧洲研究人员发现了难以解释的中微子超光速现象，这一现象违背了爱因斯坦相对论，研究人员目前对此持谨慎态度，希望全球科学家能共同探究原因。据报道，意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为OPERA的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子，两地相距730公里，中微子“跑”过这段距离的时间比光速还快了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）。参与实验的瑞士伯尔尼大学的安东尼奥·伊拉蒂塔托说，他和同事被这一结果震惊了，他们随后反复观测到这个现象1．6万次，并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响，认为这个观测结果站得住脚，于是决定将其公开。光速约每秒30万公里，爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速，这成为现代物理学的重要基础。如果真的证实这种超光速现象，其意义十分重大，整个物理学理论体系或许会因之重建。由于事关重大，一些专家对观测到的这种超光速现象持谨慎态度。伊拉蒂塔托就此表示，欢迎来自外界的质疑，他和同事正是因为找不出任何解释，才公布结果希望寻求全球科学界同行的帮助。2007年，美国研究人员在从费米实验室向另一个名为MINOS的实验装置发射中微子时也观测到类似的超光速现象，但当时研究人员对整个实验的精确度不是很有信心。如果超光速现象确实存在，势必需要新的理论解释。有研究人员猜测，可能如弦理论预测的那样，在空间中还存在其他未知的维度，这些中微子就是抄了其他维度的“近路”而“跑”得比光还快。====== 光速
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[导读]光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。光速是目前已知的最大速度，物体达到光速时动能无穷大，所以按目前人类的认知来说达到光速不可能，所以光速、超光速的问题不在物理学讨论范围之内。
概念
　　英文：speed of light/ velocity of light 　　真空中的光速是一个重要的物理常量。 　　
光速定义值：c=299792458m/s=299792.458km/s光速计算值:c=光速
(299792.50±0.10)km/s (一般取300000km/s）作用：当某物体运动速度相对于另一物体接近光速，某物体的时间相对于另一物体减慢，时间变化符合洛伦兹变换。（二十世纪七十年代通过卫星和地面天文台观测日食的同一时间位置的不同得以证实）光速是目前已知的最大速度，物体达到光速时动能无穷大，所以按目前人类的认知来说达到光速不可能，所以光速、超光速的问题不在物理学讨论范围之内。但在理论上如果穿越爱因斯坦罗森桥（时空虫洞）即可以相当于超过了光速。　自20世纪初起，我们的理论一直受制于爱因斯坦验证的光速极限，即每秒186282英里(约合每秒30万公里)。即使我们把宇宙飞船加速到这一速度，到达距离我们最近的恒星系统半人马座阿尔法星(距离我们大约4.3光年)并返回，也需要近十年时间。此外，宇宙飞船本身还要考虑能量限制。因此，必须要实现突破光速极限才有可能实现这些目的。近年来科学家们实施了许多相关的实验，比如由美国普林斯顿大学科学家王利军(Lijun Wang)于2000年进行的实验和德国科学家于2007年进行的实验都取得了一定的进展。最初，科学家们坚信没有任何物质或信息能够突破光速，但光脉冲却能够做到。在真空状态下，在不同位置测到的光脉冲似乎以一种难以置信的速度在传播。不过，这一速度仍然无法对我们太空旅行提供太大的帮助。2007年的实验仍然存在争议。贝勒大学物理学教授杰拉德-克利弗尔认为，在“量子纠缠”现象中，信息的传播速度似乎比光速快。2007年和2008年的两次实验表明，“量子纠缠”的速度至少是光速的1万倍。未来实现超光速的方法可能是跳跃到多维空间中，不过这种方法目前我们还无法理解。美国宇航局突破推进物理学计划前负责人马克-米利斯现致力于研究星际旅行，他表示，“肯定还有我们没发现的物理学领域。”米利斯举例指出，暗物质和暗能量或许能够为我们带来曙光。
理论
　　在20世纪爱因斯坦狭义相对论中质能等价理论的推论，即著名的方程式E=mC^2;，式(质能方程)中为E能量，单位电子伏特（eV），m为质量，单位MeV/c² ，C为光速；也就是说，一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。 一个静止的物体，其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动，就要产生动能。由于质量和能量等价，运动中所具有的能量应加到质量上，也就是说，运动的物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时，增加的质量微乎其微，如速度达到光速的0.1时，质量只增加0.5%。但随着速度接近光速，其增加的质量就显著了。如速度达到光速的0.9时，其质量增加了一倍多。这时，物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时，质量随着速度的增加而直线上升，速度无限接近光速时，质量趋向于无限大，需要无限多的能量。因此，任何物体的运动速度不可能达到光速，只有质量为零（在宇宙大爆发时有很多现在质量不为0的粒子质量为0）的粒子才可以以光速运动，如因科学研究虚构的“光子”、“引力子”这个名称。真空中的光速是一个物理常数（符号是c），等于299,792,458米/秒。
测量方法研究与发展史
　　人类最早对于光速的测量始于伽利略。最早光速的准确数值是通过观测木星对其卫星的掩食测量的。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。1983年，光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458米/秒，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程。根据现代物理学，所有电磁波，包括可见光，在真空中的速度是常数，即是光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用传播的速度都是光速，根据广义相对论，万有引力传播的速度也是光速，且已于2003年得以证实。根据电磁学的定律，发放电磁波的物件的速度不会影响电磁波的速度。结合相对性原则，观察者的参考坐标和发放光波的物件的速度不会影响被测量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。这是狭义相对论的基础。相对论探讨的是光速而不是光，就算光被稍微减慢，也不会影响狭义相对论。丹麦天文学家罗默从地球观测木卫一的掩蔽来测量光速。1676年奥勒·罗默使用望远镜研究木星的卫星艾欧的运动，第一次定量的估计出光速。艾欧的公转轨道可以用来计算时间，因为它会规律的进入木星的阴影中一段时间（图中的C至D）。罗默观测到当地球在最接近木星时（H点），艾欧的公转周期是42.5小时，当地球远离木星时（从L至K），艾欧从阴影中出现的时间会比预测的越来越晚，很明显的是因为木星与地球的距离增加，使得"信号"要花更多的时间传递。光要通过行星之间增加的距离，使得计时的信号在第一次和下一次之间因而延长了额外的时间。当地球向木星接近时（从F到G），情形则正好相反。罗默观测到艾欧在接近的40 个轨道周期中周期比远离的40个轨道周期缩短了22分钟。以这些观测为基础，罗默认为在80个轨道周期中光线要多花费22分钟行走艾欧与地球之间增加的距离。这意味着从L至K和F至G，地球经历了80个艾欧轨道周期（42.5小时）的时间，光线只要花22分钟。这对应于一个地球在轨道上绕着太阳运动和光速之间的一个比例（如右图）。太阳运动和光速之间的一个比例
意味着光速是地球的轨道速度的9,300倍，与现在的数值10,100倍比较，相差无几。在当时，天文单位的估计数值是大约1亿4千万公里。克里斯蒂安·惠更斯结合了天文单位和罗默的时间估计，每分钟的光速是地球直径的1,000倍，他似乎误解了罗默22分钟的意思，以为是横越地球轨道所花费的时间。这相当于每秒220,000公里（136,000英里），比现在采用的数值低了26%，但仍比当时使用其他已知的物理方法测得的数值为佳。艾萨克·牛顿也接受光速是有限的观念，在他1704年出版的书光学中，他提出光每秒钟可以横越地球16.6次（相当于210,000公里/秒，比正确值低了30%）。这似乎是他自己的推断（不能确知他是否有引用或参考罗默的数据）。罗默随后依据同样的原理观察木星表面上的斑点在自转周期上的变化，也观察其他三颗伽利略卫星的相同现象。但是因为这种观测是很困难的，因而日后被其他的方法所取代。即使如此，靠著这些观测，光速是有限的仍不能被大众满意的接受（著名的有吉恩·多米尼克·卡西尼），直到在詹姆斯·布雷德里（1728）的观测之后，光速是无限的想法才被扬弃。布雷德里推论若光速是有限的，则因为地球的轨道速度，会使抵达地球的星光有一个微小角度的偏折，这就是所谓的光行差，他的大小只有1/200度。布雷德里计算的光速为298,000公里/秒（185,000英里/秒），这与现在的数值只有不到1%的差异。光行差的效应在19世纪已经被充分的研究，最著名的学者是瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维和de:Magnus Nyrén。1849年，法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量，最早的结果为c=315000千米/秒。1862年，法国实验物理学家J.-B.-L.傅科根据D.F.J.阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒。19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论，他根据电磁波动方程曾指出，电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值，只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流)，就可算出电磁波的波速。1856年，R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量，麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为3.1074×105千米/秒，此值与菲佐的结果十分接近，这对人们确认光是电磁波起过很大作用。1926年，美国物理学家A.A.迈克耳孙改进了傅科的实验，测得c=(299796±4)千米/秒，他于1929年在真空中重做了此实验，测得c=299774千米/秒。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验，其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年，英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速，得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值于1957年被推荐为国际推荐值使用，直至1973年。1972年，美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义，在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值，而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值，以后就不需对光速进行任何测量了。其他方法：1849年，斐索用旋转齿轮法求得 c = 3.153×10 m/s。他是第一位用实验方法，测定地面光速的实验者。　实验方法大致如下：光从半镀银面反射后，经高速旋转的齿轮投向反射镜，再沿原路返回。如果齿轮转过一齿所需的时间，正好与光往返的时间相等，就可透过半镀银面观测到光，从而根据齿轮的转速计算出光速。1862年，傅科用旋转镜法测空气中的光速，原理和斐索的旋转齿轮法大同小异，他的结果是 c = 2.98 × 10 m/s。第三位在地面上测到光速的是考尔纽（M.A.Cornu）。1874年他改进了斐索的旋转齿轮法，得 c = 2.9999 × 10 m/s。阿尔伯特·迈克耳孙改进了傅科的旋转镜法，多次测量光速。1879年，得 c = (2.99910±0.00050) ×10 m/s；1882年得 c = (2.99853±0.00060) × 10 m/s。后来，他综合旋转镜法和旋转齿轮法的特点，发展了旋转棱镜法，1924～1927年间，得 c =(2.99796±0.00004) × 10 m/s。迈克耳逊在推算真空中的光速时，应该用空气的群速折射率，可是他用的却是空气的相速折射率。这一错误在1929年被伯奇发觉，经改正后，1926年的结果应为 c = (2.99798±0.00004) × 10 m/s = 299798±4 km/s。 　　后来，由于电子学的发展，用克尔盒、谐振腔、光电测距仪等方法，光速的测定，比直接用光学方法又提高了一个数量级。 　　60年代雷射器发明，运用稳频雷射器，可以大大降低光速测量的不确定度。 　　1973年达0.004 ppm，终于在1983年第十七届国际计量大会上作出决定，将真空中的光速定为精确值。 　　近代测量真空中光速的简表： 　　
年代 主持人   方式  光速（km/s） 不确定度（km/s）
1907 Rosa、  Dorsey Esu/emu* 299784        15
1928 Karolus 等 克尔盒 299786 15
1947 Essen 等 谐振腔 299792 4
1949 Aslakson 雷达 299792.4 2.4
1951 Bergstand 光电测距仪 299793.1 0.26
1954 Froome 微波干涉仪 299792.75 0.3
1964 Rank 等 带光谱 299792.8 0.4
1972 Bay 等 稳频氦氖雷射器 299792.462 0.018
1973
 平差 299792.4580 0.0012
1974 Blaney 稳频CO2雷射器 299792.4590 0.0006
1976 Woods 等
 299792.4588 0.0002
1980 Baird 等 稳频氦氖雷射器 299792.4581 0.0019
1983 国际协议 （规定） 299792.458 （精确值）
　　（注：esu即electrostatic units的缩写；emu为electromagnetic units的缩写。） 　　以下为各测量方法详细介绍：
天文学方法
　　17世纪前人们以为光速为无限大，意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑，并试图通过实验来检验，但因过于粗糙而未获成功。1676年，丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。1727年，英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒。 　　罗默的卫星蚀法 　　光速的测量，首先在天文学上获得成功，这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离．早在1676年丹麦天文学家罗默（1644—1710）首先测量了光速．由于任何周期性的变化过程都可当作时钟，他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”，罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀．他在观察时注意到：连续两次卫星蚀相隔的时间，当地球背离木星运动时，要比地球迎向木星运动时要长一些，他用光的传播速度是有限的来解释这个现象．光从木星发出（实际上是木星的卫星发出），当地球离开木星运动时，光必须追上地球，因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间，要比实际相隔的时间长一些；当地球迎向木星运动时，这个时间就短一些．因为卫星绕木星的周期不大（约为1.75天），所以上述时间差数，在最合适的时间（上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时）不致超过15秒（地球的公转轨道速度约为30千米/秒）．因此，为了取得可靠的结果，当时的观察曾在整年中连续地进行．罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速．由于当时只知道地球轨道半径的近似值，故求出的光速只有214300km/s．这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远，但它却是测定光速历史上的第一个记录．后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间，并在地球轨道半径测量准确度提高后，用罗默法求得的光速为299840±60km/s．[4]布莱德雷的光行差法 　　  观察恒星
1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布莱德雷在地球上观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周．他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化．他由此测得光速为：C=299930千米/秒 　　这一数值与实际值比较接近． 　　以上仅是利用天文学的现象和观察数值对光速的测定，而在实验室内限于当时的条件，测定光速尚不能实现．[5]
大地测量方法
　　光速的测定包含着对光所通过的距离和所需时间的量度，由于光速很大，所以必须测量一个很长的距离和一个很短的时间，大地测量法就是围绕着如何准确测定距离和时间而设计的各种方法。最早于1629年艾萨克·毕克曼（beeckman）提出一项试验，一人将遵守闪光灯一炮反映过一面镜子，约一英里。伽利略认为光速是有限的，1638年他请二个人提灯笼各爬上相距仅约一公里的山上，第一组人掀开灯笼，并开始计时，对面山上的人看见亮光后掀开灯笼，第一组看见亮光后，停止计时，这是史上著名的测量光速的掩灯方案，这种测量方法实际测到的主要只是实验者的反应和人手的动作时间。
伽利略测定光速的方法
    物理学发展史上，最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略．1607年在他的实验中，让相距甚远的两个观察者，各执一盏能遮闭的灯，如图所示：观察者A打开灯光，经过一定时间后，光到达观察者B，B立即打开自己的灯光，过了某一时间后，此信号回到A，于是A可以记下从他自己开灯的一瞬间，到信号从B返回到A的一瞬间所经过的时间间隔t．若两观察者的距离为S，则光的速度为c=2s/t 　　因为光速很大，加之观察者还要有一定的反应时间，所以伽利略的尝试没有成功．如果用反射镜来代替B，那么情况有所改善，这样就可以避免观察者所引入的误差．这种测量原理长远地保留在后来的一切测定光速的实验方法之中．甚至在现代测定光速的实验中仍然采用．但在信号接收上和时间测量上，要采用可靠的方法．使用这些方法甚至能在不太长的距离上测定光速，并达到足够高的精确度． 　　
旋转齿轮法 　　　
    用实验方法测定光速首先是在1849年由斐索实验．他用定期遮断光线的方法（旋转齿轮法）进行自动记录．实验示意图如下．从光源s发出的光经会聚透镜L1射到半镀银的镜面A，由此反射后在齿轮W的齿a和a’之间的空隙内会聚，再经透镜L2和L3而达到反射镜M，然后再反射回来．又通过半镀镜A由L4集聚后射入观察者的眼睛E．如使齿轮转动，那么在光达到M镜后再反射回来时所经过的时间△t内，齿轮将转过一个角度．如果这时a与a’之间的空隙为齿a（或a’）所占据，则反射回来的光将被遮断，因而观察者将看不到光．但如齿轮转到这样一个角度，使由M镜反射回来的光从另一齿间空隙通过，那么观察者会重新看到光，当齿轮转动得更快，反射光又被另一个齿遮断时，光又消失．这样，当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E处将看到闪光．由齿轮转速v、齿数n与齿轮和M的间距L可推得光速c=4nvL.在斐索所做的实验中，当具有720齿的齿轮，一秒钟内转动12.67次时，光将首次被挡住而消失，空隙与轮齿交替所需时间为1/12.67s在这一时间内，光所经过的光程为2×8633米，所以光速c=2×8633×18244（m/s)≈315×108(km/s) 　　在对信号的发出和返回接收时刻能作自动记录的遮断法除旋转齿轮法外，在现代还采用克尔盒法．1941年安德孙用克尔盒法测得：c=299776±6km/s，1951年贝格斯格兰又用克尔盒法测得c=299793.1±0.3km/s． 　　
旋转镜法 　　 
　 旋转镜法的主要特点是能对信号的传播时间作精确测量．1851年傅科成功地运用此法测定了光速．旋转镜法的原理早在1834年1838年就已为惠更斯和阿拉果提出过，它主要用一个高速均匀转动的镜面来代替齿轮装置．由于光源较强，而且聚焦得较好．因此能极其精密地测量很短的时间间隔．实验装置如图所示．从光源s所发出的光通过半镀银的镜面M1后，经过透镜L射在绕O轴旋转的平面反射镜M2上O轴与图面垂直．光从M2反射而会聚到凹面反射镜M3上，M3的曲率中心恰在O轴上，所以光线由M3对称地反射，并在s′点产生光源的像．当M2的转速足够快时，像S′的位置将改变到s〃，相对于可视M2为不转时的位置移动了△s的距离可以推导出光速值。式中w为M2转动的角速度．l0为M2到M3的间距，l为透镜L到光源S的间距，△s为s的像移动的距离．因此直接测量w、l、l0、△s，便可求得光速。在傅科的实验中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s． 　　另外，傅科还利用这个实验的基本原理，首次测出了光在介质（水）中的速度v旋转棱镜法 　　
   美国的迈克尔逊把齿轮法和旋转镜法结合起来，创造了旋转棱镜法装置．因为齿轮法之所以不够准确，是由于不仅当齿的中央将光遮断时变暗，而且当齿的边缘遮断光时也是如此．因此不能精确地测定象消失的瞬时．旋转镜法也不够精确，因为在该法中象的位移△s太小，只有0.7毫米，不易测准．迈克耳逊的旋转镜法克服了这些缺点．他用一个正八面钢质棱镜代替了旋转镜法中的旋转平面镜，从而光路大大的增长，并利用精确地测定棱镜的转动速度代替测齿轮法中的齿轮转速测出光走完整个路程所需的时间，从而减少了测量误差．从1879年至1926年，迈克耳逊曾前后从事光速的测量工作近五十年，在这方面付出了极大的劳动．1926年他的最后一个光速测定值为 　　c=299796km/s 　　这是当时最精确的测定值，很快成为当时光速的公认值。
实验室方法
　　光速测定的天文学方法和大地测量方法，都是采用测定光信号的传播距离和传播时间来确定光速的．这就要求要尽可能地增加光程，改进时间测量的准确性．这在实验室里一般是受时空限制的，而只能在大地野外进行，如斐索的旋轮齿轮法当时是在巴黎的苏冷与达蒙玛特勒相距8633米的两地进行的．傅科的旋转镜法当时也是在野外，迈克耳逊当时是在相距35373．21米的两个山峰上完成的．现代科学技术的发展，使人们可以使用更小更精确地实验仪器在实验室中进行光速的测量． 　　
微波谐振腔法
 　1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速．在他的实验中，将微波输入到圆柱形的谐振腔中，当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时，谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系：πD=2.404825λ，因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长，而直径则用干涉法测量；频率用逐级差频法测定．测量精度达10-7．在埃森的实验中，所用微波的波长为10厘米，所得光速的结果为299792.5±1km/s。激光测速法（大学课本）1970年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先运用激光测定光速．这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率来确定光速（c=νλ）。由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高，所以用激光测速法的测量精度可达10-9，比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍。除了以上介绍的几种测量光速的方法外，还有许多十分精确的测定光速的方法。根据1975年第十五届国际计量大会的决议，现代真空中光速的最可靠值是：c=299792.458±0.001km/s
接近光速时的速度合成
　　接近光速情况下，笛卡尔坐标系不再适用。同样测量光线离开自己的速度，一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度（光速）。这与日常生活中对速度的概念有异。两车以50km/h的速度迎面飞驰，司机会感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶，即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异。但当速度接近光速时，实验证明简单加法计算速度不再奏效。当两飞船以90%光速的速度（对第三者来说）迎面飞行时，船上的人不会感觉对方的飞船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飞来，而只是以稍低于99.5%的光速速度行驶。结果可从爱因斯坦计算速度的算式得出： 　　v和w是对第三者来说飞船的速度，u是感受的速度，c是光速。
不同介质中的光速
　　光在不同介质中的速度不同，由于光是电磁波，因此光速也就依赖于介质的介电常数和磁导率。在各向同性的静止介质中，光速是一个小于真空光速c的定值。如果介质以一定的速度运动，则一般求光速的方法是先建立一个随动参考系，其中的光速是静止介质中的光速，然后通过参考系变换得到运动介质中的光速；或者可以直接用相对论速度叠加公式去求运动介质中的光速。 　　光和声虽然都具有波动性质，但两者波速的算法是完全不同的。以声音实验为例：空气对地面静止，第1次我们不动测得我们发出的声音1秒钟前进了300米；第二次我们1秒钟匀速后退1米，测得声音距我们301米，得到结论：两次声音相对地面速度不变，相对我们，第一次300米/秒；第2次301米/秒。在牵涉到的速度远小于光速的情况下，声速满足线性叠加。换做光实验，我们用玻璃介质再做一次，静止玻璃中的光速，在各个方向上都是相等的。我们再做一个我们不动，让玻璃匀速运动的实验，会发现光对玻璃的速度在不同方向上是不等的，但不是简简单单的线性叠加了，而是遵循相对论速度叠加： 　　v'=(v+u)/(1+u·v/c²)，注意这里v、u为矢量，v是静止介质中的光速，u是介质的运动速度，v'就是求得的运动介质中的光速。 　　其实在前述声速实验中，声速严格来讲遵循的也是相对论速度叠加，只是若u、v都远小于光速c，则式子中u·v/c²是个很小的值，近似略去之后就得v'≈v+u，回到经典的线性叠加形式。 　　所以，千万不可以用低速条件下机械波的近似规律去硬套光波。作为狭义相对论基本假设之一的光速不变原理，永远指的是真空中的光速c不变，它是基本物理常数之一。如果有介质，就需要利用相对论速度叠加公式去求光速，切忌用简单线性叠加。对光速不变原理的正确理解，是正确理解狭义相对论的关键之一。不同介质中有不同的光速值。1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度，证明水中光速小于空气中的光速。几乎在同时，傅科用旋转镜法也测量了水中的光速（3/4c），得到了同样结论。这一实验结果与波动说相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时)，这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用。1851年，菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速，证实了A.-J.菲涅耳的曳引公式。[玻璃中光速2/3c]光在水中的速度：2.25×10^8m/s；光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 　　光在冰中的速度：2.30×10^8m/s。光在空气中的速度：3.0×10^8m/s；光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s；上述理论只在19世纪70年代基本准确，在爱因斯坦>>广义相对论<<中,光速是这样阐述的：物体运动接近光速时，时间变得缓慢,当物体运动等于光速时，时间静止,当物体运动超过光速时，时间倒流.这三个推断是20世纪70年代初中期国际天文机构观察探测日食时得出结论。E=mc^2推导 　　第一步：要讨论能量随质量变化，先要从量纲得知思路：能量量纲[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2)),即能量量纲等于质量量纲和长度量纲的平方以及时间量纲的负二次方三者乘积。我们需要把能量对于质量的函数形式化简到最简，那么就要求能量函数中除了质量，最好只有一个其它的变量。 　　把([L]^2)([T]^(-2))化简，可以得到只有一个量纲-速度[V_]的形式：[V_]*[V_]。也就是[E]=[M][V_]*[V_]可见我们要讨论质能关系，最简单的途径是从速度v_下手。 　　---------------------------------------------------- 　　第二步：先要考虑能量的变化 与能量的变化有关的有各种能量形式的转化，其中直接和质量有关的只有做功。那么先来考虑做功对于能量变化的影响。当外力F_(后面加_表示矢量，不加表示标量)作用在静止质量为m0的质点上时，每产生ds_（位移s_的微分）的位移，物体能量增加dE=F_*ds_(*表示点乘)。考虑最简化的 外力与位移方向相同的情况，上式变成 　　dE=Fds 　　----------------------------------------第三步：怎样把力做功和速度v变化联系起来呢？也就是说怎样来通过力的作用效果来得出速度的变化呢？我们知道力对物体的冲量等于物体动量的增量。那么，通过动量定理，力和能量就联系起来了：F_dt=dP_=mdv_----------------------------------------第四步：上式中显然还要参考m质量这个变量，而我们不想让质量的加入把我们力和速度的关系复杂化。我们想找到一种办法约掉m，这样就能得到纯粹的速度和力的关系。参考dE=Fds和F_dt=dP_，我们知道，v_=ds_/dt那么可以得到dE=v_*dP_如果考虑最简单的形式：当速度改变和动量改变方向相同：dE=vdP---------------------------------第五步：把上式化成能量和质量以及速度三者的关系式（因为我们最初就是要讨论这个形式）：dE=vd(mv)----因为dP=d(mv)--------------------------------- 第六步：把上式按照微分乘法分解dE=v^2dm+mvdv 　　这个式子说明：能量的增量含有质量因速度增加而增加dm产生的能量增量和单纯速度增加产生的能量增量2个部分。（这个观点非常重要，在相对论之前，人们虽然在理论物理推导中认识到质量增加也会产生能量增量，但是都习惯性认为质量不会随运动速度增加而变化，也就是误以为dm恒定为0，这是经典物理学的最大错误之一。） 　　--------------------------------- 第七步：我们不知道质量随速度增加产生的增量dm是怎样的，现在要研究它到底如何随速度增加（也就是质量增量dm和速度增量dv之间的直接关系）：根据洛仑兹变换推导出的静止质量和运动质量公式：m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2)化简成整数次幂形式：m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)]化成没有分母而且m和m0分别处于等号两侧的形式（这样就是得到运动质量m对于速度变化和静止质量的纯粹的函数形式）：(m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2 用上式对速度v求导得到dm/dv（之所以要这样做，就是要找到质量增量dm和速度增量dv之间最直接的关系，我们这一步的根本目的就是这个）：d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等号右边是常数的求导，结果为0)即[d(m²)/dv](c²-v²)+m²[d(c²-v²)/dv]=0即[m(dm/dv)+m(dm/dv)](c²-v²)+(m²)[0-2v]=0 即2m(dm/dv)(c²-v²)-2vm²=0约掉公因式2m(肯定不是0，呵呵，运动质量为0？没听说过)得到：(dm/dv)(c²-V²)-mv=0即(dm/dv)(c^2-V^2)=mv 　　由于dv不等于0（我们研究的就是非静止的情况，运动系速度对于静止系的增量当然不为0）(c^2-v^2)dm=mvdv；这就是我们最终得到的dm和dv的直接关系。-------------------------------------------- 第八步：有了dm的函数，代回到我们第六步的能量增量式：dE=v^2dm+mvdv=v^2dm+(c^2-v^2)dm=c^2dm；这就是质能关系式的微分形式，它说明：质量的增量与能量的增量成正比，而且比例系数是常数c^2。------------------------------------------ 最后一步：推论出物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量：对上一步的结论进行积分，积分区间取质量从静止质量m0到运动质量m，得到∫dE=∫[m0~m]c^2dm即E=mc^2-m0c^2这就是 物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量。其中E0=m0c^2称为物体静止时候的静止能量。Ev=mc^2称为物体运动时候的总动能（运动总能量）。总结：对于任何已知运动质量为m的物体，可以用E=mc^2直接计算出它的运动动能。
相关理论
　　  光速
　　丹麦天文学家罗默（OleRomer）在17世纪首次成功地计算出光速。他使用木星的一颗卫星有规律的轨道运动作为计时器，每次这颗卫星被巨大的行星（木星）所掩食，他便记录下一个“滴答”。但他发现，从地球上观察，这些滴答的出现并不像预想的那么规律，在一年之中会时而快几分钟，时而慢几分钟。罗默计算出，这些时延是木星和地球在绕太阳运动时它们之间的距离变化所引起的。通过计算一年里地球、木星及其卫星在轨道上的相对位置，他算出了光穿过宇宙空间的速度。罗默于1676年向法国科学院提交了他的结果，数值与目前被接受的值之差不超过30%。对光之本性的理论探讨也使人们对光速有所了解。19世纪60年代中期，苏格兰科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦创建了一组方程，描述电磁场在空间中的行为。这个方程的一个解表明，电磁波在真空中必须以约为每秒30万公里的速度传播，与罗默及其后人的测量结果相当接近。伦敦皇家研究院的迈克尔?法拉第用电场和磁场的概念解释静电力和磁场力，并表明光会受到磁场影响。这证实了可见光事实上是电磁波谱中的一部分。对电磁波谱其它部分——微波，红外线，紫外线，X射线和γ射线——传播速度的直接测量表明，它们在真空中都有相同的速度。用于测量光速的实验不断地变得更精确。到20世纪50年代，电子计时装置已经取代了古老的机械设备。20世纪80年代，通过测量激光和频率（f）和波长（λ），运用c=fλ公式计算出了光速（c）。这些计算以米和秒的标准定义为基础，就像现在一样，1米定义为氪-86源产生的光的波长的1,650,763.73倍，1秒则定义为铯-133原子超精细跃迁放出的辐射频率的9,192,631,770倍。这使得c达到非常高的精度，误差只有十亿分之几。1983年，光速取代了米被选作定义标准，约定为299,792,458米/秒，数值与当时的米定义一致。秒和光速的定义值，表示1米从此定义为光在真空中1/299,792,458秒内走过的距离。因此自1983年以来，不管我们对光速的测量作了多少精确的修正，都不会影响到光速值，却会影响到米的长度。你有多高事实上是由光速定义的。但光速还定义着比长度更加基本的东西。阿尔伯特?爱因斯坦的工作表明了光速的真正重要性。由于他的功劳，我们知道，光速不仅仅是光子在真空中运动的速度，还是连接时间与空间的基本常数。爱因斯坦年轻的时候曾经问自己，如果人运动的速度快到足以跟上光的脚步，光看起来是什么样子的。理论上它看上去像是你身边一个静止的峰，但爱因斯坦知道，麦克斯韦方程组不允许这种结果出现。他得出结论认为，要么是麦克斯韦的理论不适用于运动中的观察者，要么是相对运动力学需要更改。爱因斯坦在他1905年发表的狭义相对论里解决了这个问题。这一理论基于一个通用原则：相对任何以恒定速度运动的观察者来说，不管这个速度是多少，物理原理及光速都是一样的。爱因斯坦的狭义相对论使我们对时间和空间的观念发生了革命性的变化，强调了光速在物理学中的根本地位。想象你在一枚火箭里，与一道激光脉冲一同冲入宇宙空间。地球上的观察者会看到这一脉冲以光速远去。无论你相对于地球运动的速度为多少，譬如光速的99%罢，光线仍以光速超越你。看起来似乎很荒谬，但这是真的。使这为真的唯一途径，就是你火箭中的居住者和地球表面的观察者以不同方式衡量时间和空间。时间与空间看上去当然是不同的，这依赖于你是在地球上还是在宇宙空间里。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为时空几何结构的扭曲。这种说法的一个推论，就是始终沿可能的最短路径穿越时空的光线，在大质量物体附近会弯曲。这在1919年日食期间观测掠过太阳附近的星光被太阳的质量所弯曲而得到证明。这一观测使爱因斯坦的理论最终得到接受，并为他赢得了世界性的声誉。但按照基本力学原理，如果光线偏转，它会被加速。这是否将使光速发生变化，动摇相对论的根本原则？在某种意义上是对的：我们从地球上观察到的光速，在它从太阳附近经过时确实会变化。然而相对论和光速不变原理不能被抛弃。爱因斯坦认识到，引力是无法自由运动的观察者们经历的某种幻象。想象从一堵墙上跳下。在自由落体的过程中，你不会感动周围的引力作用，但任何在地面上瞧着你落下来的人，都会解释说你的运动是引力的作用所致。同样的说法对空间站中的宇航员也适用：他们被提及时总是说成时处在“零重力”环境里，但从地球的表面往上看，我们会用引力吸引来解释他们绕地球的轨道运动。所以当我们从地球上观察时，经过太阳附近的光线看上去弯曲、加速了，但如果我们自由落体地落向太阳，光线看上去会以恒速沿直线经过我们身边。对任何自由落体的观察者来说，经过他的光线都以恒定速度运动。不过，它在掠过扭曲其附近时空的大质量物体时，看上去会弯曲和加速。相对论另一个奇怪的推论是，没有任何物体能加速到光速。不和我们建造动力多么强劲的火箭飞船，它们也永远不能到达光速。这是因为物体运动得越快，其动能越大，惯性也越大。爱因斯坦在他的E=mc2公式中指出，能量和质量或者说惯性相关联。因此一个物体的动能增加，它的惯性也增加，从而越来越难继续加速。这是一个收益递减原理：你对一个物体做的功越多，它就变得越重，加速的效果也越微弱。把单一电子加速到光速，就需要无限的能量，粒子物理学家们对这一限制深有感触。质子进入美国伊利诺伊州Batawia费米实验室的Tevatron加速器时，它们的速度已经达到光速的99%。加速器的最后阶段使质子的能量提高了100倍，但速度仅增加到光速的99.99995%，与它们进入加速器的速度相比，提高不足1%。不过，一直与相对论有冲突的量子理论看上去是允许物质以大于光速的速度运动的。在20世纪20年代，量子论显示一个系统相隔遥远的不同组成部分能够瞬时联系。例如，当一个高能光子衰变成两个低能光子时，它们的状态（例如，是顺时针或逆时针自旋）是不定的，直到对它们中间的某一个作出观察才确定下来。另一个粒子看上去感知到它的同伴被进行了一次观测，结果是任何对第二个粒子的测量总会得到与对第一个粒子的测量相一致的结果。这样远距离的瞬时联系，看起来像是一个讯息以无限大的速度在粒子之间传递了。它被爱因斯坦称为“幽灵式的超距作用”，听起来难以置信，但却是真实的现象。1993年，加利福尼亚大学伯克利分校的RaymondChiao表明，量子理论还允许另一种超光速旅行存在：量子隧穿。想象朝一堵坚实的墙上踢一个足球，牛顿力学预言它会被弹会，但量子力学预言它还有极小的可能出现在墙的另一面。考虑这种情况的一种途径，是想象它能“借”到足够的能量穿越墙壁，并在到达另一面之后立即将能量归还。这并不违反物理定律，因为最终能量、动量和其它属性都得到了保存。德国物理学家维纳·海森堡的测不准原理表明，在一个系统中，总有某些属性——在这一情况中是能量——的值是不能确定的，因此量子物理学原理允许系统利用这种不确定性，短时间借到一些额外的能量。在隧穿的情况中，粒子从障碍物的一面消失又从另一面重现的需要几乎可以忽略不计，障碍物可以任意的厚——不过随着厚度增加，粒子隧穿的几率也就迅速地朝零的方向递减。Chiao通过测量可见光光子通过特定过滤器的隧穿时间，证明了隧穿“超光速”隧穿效应的存在。为此，他让这些光子与在相似时间内穿过真空的光子进行比较。结果隧穿光子先到达探测器，Chiao证明它们穿越过滤器的速度可能为光速的1.7倍。 　　1994年，维也纳技术大学的FerencKraus表明，隧穿时间有一个不依赖于障碍物厚度的上限，这表示光子隧穿障碍物的时间没有上限。德国科隆大学的GunterNimtz也用微波实现了这种“超光速”。他甚至把莫扎特第40号交响曲调制在信号上，以4.7倍光速的速度将它传输通过12厘米厚的障碍物。
关于光速
　　玻璃、水、煤油、空气、冰，这些光穿行其间的物质，决定光速！根据介质的定义，这些物质就是光介质。爱因斯坦毫无道理的把真空中的光速恒为C，假设成公理，推导了相对论，现在我们根据其它波的特性，要求把光当成普通的波，把光在真空中不能传播作为公理。看看我们遇到了什么问题？爱因斯坦时代，认为太空是真空，光传播不需要介质，或需要充满真空的以太介质，迈莫实验证明相对地球运动的以太不存在。而今天，我们知道太空充满稀薄气体，这些气体充当了光介质，则光的粒子假说，和以太假说没有必要，迈莫实验时，空气一直静止，光介质静止，得到0结果是正确的。爱因斯坦光电效应，证明光能量是一份一份的。如果光是普通波，波的传播要靠介质，介质中的粒子携带的能量也是一份一份，我们在声波实验中，也能检测到一份一份的能量传递，而不是连续的。我们只是公认目前最快的测量手段是光速，可从没公认超光速问题不可探讨，人类思维的速度，远超光速，对于那些自认为思维速度不能超过光速的人，超光速问题，他们理解不了。相对论现象所表述的同时性的相对性、钟慢、尺缩、超光速时间倒流，用声音实验可得到同样结果，并未超出经典波学理论范围。太多的人误解了相对论。