光和影，哪個(gè)跑得快？

思文

影子：幕后速度冠軍

影子的自白：

人都說(shuō)，有了光，才會(huì)有影子。所以，人們都喜歡事物光明、燦爛的一面，而討厭總是躲在后面、看起來(lái)黑洞洞的我……然而，不是有個(gè)故事講的是“沒(méi)有影子的人”嗎？只要你是一個(gè)現(xiàn)實(shí)存在的物體，就會(huì)在光線的照射下留下影子。否則，你就是一個(gè)像空氣那樣的“透明人”啦！

讓我們先來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)用手電照自己的手，然后你就會(huì)看到，在后面的白墻上投下了一個(gè)手的影子。當(dāng)你動(dòng)一動(dòng)手指，手指的影子也會(huì)同時(shí)移動(dòng)。但你有沒(méi)有注意到，它在墻上移動(dòng)的距離，比手指移動(dòng)的距離要長(zhǎng)出許多！

是的。在相同的時(shí)間內(nèi)，手指影子移動(dòng)的距離比手指移動(dòng)的距離要遠(yuǎn)。根據(jù)“距離÷時(shí)間=速度”的公式，可以推算出，手的影子移動(dòng)的速度比手的移動(dòng)速度要快得多。

為什么會(huì)這樣呢？這是因?yàn)?，你的手離手電的距離越近，投射出來(lái)的手的影子就越大。在光學(xué)里，有一個(gè)公式，當(dāng)你的手與光源的距離為d，影子到光源的距離為D，那么影子的大小就是你的手大小的D/d倍。而你的手移動(dòng)的距離，也會(huì)同時(shí)被放大到D/d倍。所以，影子比手移動(dòng)的速度也會(huì)快上D/d倍。

想象一下，如果在宇宙中支起一張巨大的幕布，把一顆太陽(yáng)那樣的恒星作為光源，只要距離足夠長(zhǎng)，就可以創(chuàng)造出一個(gè)大小達(dá)到天文數(shù)字級(jí)別的影子怪獸，而它運(yùn)動(dòng)的速度完全可以超越光速！

光不服氣，提出疑問(wèn)：

可是……在宇宙里，沒(méi)有任何物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度能夠超過(guò)光速。這個(gè)可是愛(ài)因斯坦?fàn)敔斦f(shuō)的！他在《狹義相對(duì)論》中提到，在宇宙中的任何地方，光的速度都等于每秒30萬(wàn)公里，而且任何有質(zhì)量的物質(zhì)都無(wú)法超越這個(gè)速度。

比如，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，粒子就可以被加速到光速的99.99%。不過(guò)因?yàn)樗鼈冞€是具有質(zhì)量，因此它們實(shí)際上永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到真正的光速。

再比如，你給同學(xué)發(fā)出的電子郵件，也是有質(zhì)量的！據(jù)科學(xué)家測(cè)算，一封大小為50KB的電子郵件，大約需要80億個(gè)電子。它們的重量就是這封電郵的重量。因此，就連電子郵件的傳遞速度也不會(huì)超過(guò)光速。

那么，影子能夠跑得比光快，難道說(shuō)是愛(ài)因斯坦錯(cuò)了嗎？這可是個(gè)世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)！

讓我們?cè)賮?lái)做個(gè)小實(shí)驗(yàn)：你用激光筆劃過(guò)天空，天空中那個(gè)光斑的移動(dòng)速度看起來(lái)就比你的動(dòng)作更快。這和影子的道理是類似的：因?yàn)楣獍咭矝](méi)有質(zhì)量，所以它的運(yùn)動(dòng)速度就可以超過(guò)光速了。

實(shí)際上，影子和光斑的動(dòng)作都有“延時(shí)”，這段時(shí)間，就是光從光源一直運(yùn)動(dòng)到影子或是光斑處所花的時(shí)間。在這個(gè)過(guò)程中，光的運(yùn)動(dòng)速度比它在真空中的速度還是要慢一些，所以——愛(ài)因斯坦沒(méi)有錯(cuò)！沒(méi)有任何物質(zhì)或信息的傳播速度可以超過(guò)光速。

物理老師敲黑板：

別高興得太早！想打敗愛(ài)因斯坦，哪有這么容易！你再好好讀讀他的那句話：“在宇宙中的任何地方，光的速度都等于每秒30萬(wàn)公里，而且任何有質(zhì)量的物質(zhì)都無(wú)法超越這個(gè)速度?！?/p>

而影子呢，請(qǐng)注意，它并不是一種物質(zhì)！而且也沒(méi)有質(zhì)量！所以，它是可以超越光速的！

現(xiàn)在讓我們來(lái)想一想，世界上除了影子，還有其他東西既沒(méi)有質(zhì)量，也不包含信息呢？

真空

真空中沒(méi)有任何物質(zhì)或信息，也沒(méi)有質(zhì)量，所以它的速度也可以超過(guò)光速。物理學(xué)家們認(rèn)為，在宇宙誕生之初，也就是大爆炸發(fā)生之后的一萬(wàn)億又一萬(wàn)億分之一秒內(nèi)，宇宙的真空邊界在不斷膨脹，這個(gè)速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光速的。

量子

根據(jù)量子力學(xué)的原理，一對(duì)粒子的量子狀態(tài)總是息息相關(guān)。不管它倆相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)總是能夠立刻知道另一個(gè)是什么狀態(tài)，就好像它們之間有心電感應(yīng)一樣。一個(gè)粒子可以把自己的狀態(tài)信息“咻”地一下傳到另一個(gè)粒子那里。這個(gè)傳播是瞬間完成的，速度比光速不知道快到哪里去了。

現(xiàn)在科學(xué)家們研究的量子信息通訊，就是根據(jù)這個(gè)原理。但目前，人們還無(wú)法控制粒子之間互相傳播的信息內(nèi)容。所以，還不能算是真正的“信息超越了光速”。

蟲洞

這可是科幻故事作家的最愛(ài)。根據(jù)他們的設(shè)計(jì)，蟲洞可以讓人瞬間穿越到宇宙的另外一個(gè)地方，不管那地方有多遠(yuǎn)。如果蟲洞真的存在，那么穿越蟲洞的物質(zhì)的速度就可以超越光速了。甚至還有人提出，組成蟲洞的物質(zhì)，它的質(zhì)量可以變成負(fù)數(shù)！不過(guò)，這些都只是假設(shè)，無(wú)法得到科學(xué)的證實(shí)。

這么看來(lái)，雖然有很多東西都能比光跑得快，但它們都不能打破愛(ài)因斯坦的理論，那就是：光一秒鐘可以跑30萬(wàn)公里，任何有質(zhì)量的物質(zhì)都無(wú)法超過(guò)它。一定要牢牢地記住哦！