轉信站: GIBBS!news2.ncku!news.ncku!news.csie.ncku!news.cis.nctu!netnews.csie.nc
Origin: olkc10145.netvigator.com

真空中光速(C)為每秒三十萬公里。光速被認為是一切速度的上限。
沒有任何事物(資訊或物質)的傳遞可以快過C。否則愛因司坦的相對論可能土崩瓦解，
目前所知的物理定理也將成一片混亂。兩個新的實驗結果卻顯示，這個這個物理學家一
直供奉的定律可能是個美麗的錯誤！

實驗中最扣人心弦的部分為,一光脈衝在進入內含特殊備製的銫(Cesium) 原子氣體的腔
之前，氣體就已經發出另一速度為300倍C的光脈衝。其速度是如此快，以致於入射光的
尖峰(peak)還沒到達腔的這一側之前，它就已經穿出腔的另一側。

這就像是，吾人從家中"預見"窗外某路人在過街時，踩在冰上滑倒。
所幸，愛因司坦的理論，似乎還是沒被推翻。這是因為，這個觀察結果無法被及時送
回，以改變過去。舉例來說，我們無法及時通知過街的人，以改變事件的結果。

由紐澤西州普林斯頓的NEC研究中心的Lijun Wang所寄出的本實驗論文，正被自然雜誌
(Nature)審核中。為此實驗奠下基礎的UC Berkeley的物理系教授Raymond Chiao則說，
"大家對於發現可否認定為真實資訊有著很大的爭議。舉例來說，迫在眉睫的意外的警
告，能以超過C的速度送出嗎?"不過他跟其他物理學家都認為，這是不可能的。

另一論文，由Italian NationalResearch Council的Daniela Mugnai 等人所撰，敘述
微波在一般空氣中以稍快於C傳遞的實驗，則已經發表於5
月 22日的Physical Review Letters.[1]這個小組聰明地利用反射光學元件的組合，來
產生微波脈衝，使其以比C快25%的速度在一個短距
離內傳播。

Univ. of Toronto的Aephraim M. Steinberg解釋說，Dr. Wang的實驗所
用的腔，一般是用來放大雷射光，而不是用來加速它們的。然而放大作用只在第二道光
為某個頻率時才會發生。Dr. Wang聰明地選擇了一個稍稍不一樣的頻率的光波，誘發銫
原子在不扭曲光脈衝的情況下，將之加速。 實驗的另一個改變則是，只有一個特定型
態的波可以穿過銫原子。由單頻光產生的脈衝訊號，事實上有兩種速度。一為相速度
(phasevelocity)。另一為群速度(group velocity)。在空氣中，這兩種速度相等。但
在受激的銫原子氣體裡，它們不僅不等，且以相反方向行進。這就像是，高速公路的車
陣(congestion packet)，在交通尖峰時刻，延長並回堵到上個收費站；即使所有的車
都還在往前進。

這種被稱為反向模(backward modes)的光其實並不是新發現。在電漿(plasma) 的實驗
裡，這些光經常是被測量的對象。但在本實驗中，測量的結果卻非常奇怪：反向光事實
上跟受激銫原子先借能量，稍後再歸還。

物理學家還不瞭解過程中究竟發生什麼事，但大多認為，這是由入射光的低強度先鋒
(low-intensity precursor)，或稱為底端(tail)的波包前端將要到達的脈衝的資訊，
提供給銫原子。若氣體腔面對入射波這一側稱做近端，另一端則為遠端。事件發生順序
為如下所述：入射波tail向著腔前進。在其尖峰到達腔的近端之前，另一個脈衝已經從
遠端發射，以反方向由遠端向近端行進。這個反向脈衝以300倍C的速度，及時到達近
端，與入射波相會。其波峰與入射波的波谷產生相消干涉。由此，入射光消失並歸還先
前從遠端向銫原子借的能量。在Dr. Wang的實驗中，入射脈衝到達腔的近端之時，出射
脈衝已經傳播了60呎之遠。吾人若只觀察實驗的始末，則只會看到一個脈衝不知怎麼
地，以快過C的速度，在時間上往前跳了一下。

對大多數的物理學家來說，由於銫原子腔經由precursor的形狀來重建
整個脈衝，所以這個實驗並未推翻任何基本定理。但並不是所有物理學家都同意，這個
問題已經圓滿被解答。

來自義大利小組的Dr. Ranfagni就認為，這個問題依然待解openquestion)。而Univ.
ofCologne的Dr. Guenter Nimtz，則抱
持著另一個看法。他認為，這些實驗事實上已經以超光速(superluminally)的速度來傳
遞資訊。但是既使如此，Dr. Nimtz還是認為，這些技術並不允許吾人將資訊送回過
去。他說，在
本質上，讀取送達資料所耗去的時間將會用掉先前所"賺得"的時間，使得回傳資訊，並
改變過去變得不可能。

原始論文:
[1]D. Mugnai, A. Ranfagni, and
R. Ruggeri, Observation of Superluminal Behaviors in Wave Propagation. PRL,
V84, pp4830-
4833(2000)
--摘譯自: New York Times:Light Exceeds Its Own Speed Limit, or Does It?