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真空光速不变性原理的验证

Faraday1852：假如我们承认了光媒介以太的存在，那么这种媒介也可能是磁作用力的平台，因为以太在传播辐射之外应别有用途.Maxwell1865：光是一种光波，它在真空中以常数速度c=1/√(Є0μ0).Lorentz1895：存在不被运动物体拖曳的静止以太，光在其中以常数速度c传播.Poincare1898：“他（即测光速者）以假定光速为常数开始，特别地，假定它的速度是各向相同的.这是这样的一个假设，即离开了它测量光速的尝试便无法进行.这一假设逻辑上永远也无法由实验直接验证，但是它却可以被实验证否——前提是不同的实验导致了不一致的结果.我们应该庆幸这种矛盾尚未发生，而那些轻微的不一致即便出现了，也可以得到轻松的解释.Abraham1904：“电磁理论解决了光的绝对运动问题，它表明，光将沿着各个方向以相同的速度c向前传播.

1905年爱因斯坦发表相对论强调，“谈论绝对空间是没有意义的，地球自转引起力学上的差别是微小的，按照麦克斯韦电动力学，当磁铁运动时在空间产生了感应电场，于是线圈中有了电流；而当线圈运动时在空间没有产生感应电场，可是线圈中照样有电流，可见空间本不该对称(号称相对性原理)；James实验表明相对于以太的运动可测，而Michelson-Morley实验表明相对于以太的运动不可测，我们可以假设光速不变(号称光速不变原理)”.

根据相对论，任何物质的运动速度都不可能超过c，即光在真空中的速度.但是，这一理论并没有阻止物理学家在近20年的时间里去做有关超光速光脉冲的实验，尽管光的极端再成形或吸收等复杂问题常常使得对这些实验的解释显得模棱两可.现在，这一在原子铯蒸气室中演示的超光速光传播实验看起来就要比以前的实验明确多了：在入射激光脉冲的波峰进入蒸气室的入口面之前，一束激光脉冲的波峰离开了该蒸气室的出口面.结果先于原因应当是不可能的，这里的解释也许应当是，实际上并没有出现超过光速的信号，而是该原子体系的电磁响应给人产生了这样一种印象.

科学家研究表明信息传输速率不可能超过光速：美国东部时间2005年10月15日(北京时间10月16日)消息，10月16日，美国杜克大学丹尼尔-高希尔等人将在《自然》发表研究文章.他们进行了设计最完美的实验，希望用比光速更快的速度传输信息，结果失败了，从而也提示爱因斯坦的速度极限理论无懈可击.在过去的几年里，科学家采用量子作用、特制镜片、和充满钾蒸汽的腔室进行“超光速”实验，结果表明，比光速更快的观念并不合适宜.

[美]D.哈里德R.瑞斯尼克著的《物理学》第二卷第二册中，引录了从1675年法国天文学家罗麦开始，到1956年瑞典的艾奇止，281年中光速测定的结果，其值为C=2．99×10⁸m/s.中国计量科学院赵克功和倪育才，在《物理》1979年4期上发表的《光速测定现状》更具有代表性.世界各国用先进激光测量仪，测得的光速值均在299792460m/s左右，光速为一恒定值.关于光速与光源状态无关的论证，张元仲在《狭义相对论实验基础》中，引录了从1913年到1966年间，世界各国科学家实验结果表明，光的传播速度的确与光源的状态无关.英国《卫报》2005年4月11日消息，爱因斯坦发表他的狭义相对论一个世纪了，11日天文学家们聚集在英国华威大学举行2005物理学会议，在纪念这一科学巨匠的同时，科学家们也提出一个惊人论点：爱因斯坦的狭义相对论建立的基础，爱因斯坦的众多理论中不变的准绳——光速可能正在变慢，因此爱因斯坦狭义相对论可能不成立了.剑桥大学天文学院的迈克尔·墨菲教授说：“我们将在这里宣布一些惊人的发现.这些发现暗示出宇宙间存在一种关于光和物质相互作用的更基本的理论，而狭义相对论作为它的基础实际上是错误的.”爱因斯坦认为光的速度是恒定不变的，而这一前提支撑了他的许多伟大的理论包括狭义相对论，同时也是现代物理学的根基，但是墨菲却认为光的速度不是恒定不变的，他说：“事实证明，狭义相对论可能非常接近真理，但是它错过了一些东西，而这些东西可能就是通向一个全新的宇宙和一套新的基本原理的门把手.”在研究过程中，墨菲的科研小组并没有直接测定出光速的改变，而是分析了来自遥远恒星的光.这些光到达地球需要经过数十亿年的时间，因此科学家们可以观测到光传播的早期，宇宙的基本原理是怎样起作用的.天文学家们通过夏威夷的凯克望远镜观测发现在光传播到地球的过程中，某一波段的光被吸收的情况发生了改变.如果精细结构恒量随着时间发生变化，那么光速也可能发生了变化，也就是说，爱因斯坦可能错了.目前，墨菲领导的科研小组仍在分析来自143颗恒星的光的观测结果.不过，也有许多天文学家对墨菲的这种理论提出了质疑，因为他们使用其他望远镜观测到的结论是光的传播速度并没有发生改变.

人们曾经猜想，是否存在着违背爱因斯坦相对论的超光速，并且可以采用这些超光速技术，以比光速更快的速度传输信息.最为著名的超光速实验，鉴用了含有著名“异常色散”原理的气体腔室.当将一束重叠光波所组成的脉冲，照射穿过该腔室时，腔室内的气体使光波漂移，从而使得光脉冲的速度看起来比光速还快.高希尔等在所进行的实验中，就是采用了这种超光速实验腔室，其腔室充满的是钾蒸汽.结果初看起来，好像是光脉冲的传播时间比光速快了大约270亿分之一秒.但是，当高希尔等通过改变光脉冲振幅，从而加载1或0的数据信息，以快于光速的速度传输信息时，则加载信息所修饰的光脉冲，通过钾蒸汽腔室的传播速度比光速要慢.而且，既使光脉冲本身以比光速更快的速度通过腔室时，结果也是如此.高希尔认为，既使能接收到更快的光子，也得不到那些光子中所包含的信息，其结论与相对论是一致的多伦多大学物理学家阿普拉尔姆-斯坦贝格认为该实验是美妙的.但是，尽管主流科学家相信不可能用超光速信号来传输信息，但任何实验都可能有微小的误差，从而造成允许超光速传输信息的可能性结果.尽管本实验并不见得能使固执己见者完全信服，但高希尔等确实做了一个可以想像得到的最好实验.吕锦华先生认为：所谓看到的比传输光更快的光脉冲，并非是“被加速”的传输光的光脉冲，而是钾蒸汽在度作用下发的光脉冲，所以，它超前于传输光的光脉冲，但它不包含传输信息.包含传输信息的光脉冲实际上并没被加速，仍按相光速传播.因而，信息传输没有能“超光速”.