光速與超光速的故事(一)

在現代科學中，光學有著無可比擬的重要性。從天體觀測到微觀世界的研究，都離不開光學。相對論更是把光速聯繫到因果律上。然而2000年時王利軍實現超光速到豪威實現零光速，人們一次次的重新思考光學以至相對論和因果律。本系列將回顧關於光速的一些研究與思考，特別是一些被大眾忽視的一些思考。

（一）光速測量

最早人們認為光是瞬時傳播，速度是無限大。直到1675年，丹麥天文學家Olaus Roemer發現了木星月食時間與地球木星的相對位置有關。這種現象被解釋為光在太空傳播需要一定的時間。

1728年英國的Bradley利用星光法測得了28.2萬公里/秒。Fizeau是第一個在地上測出光速的人。1849年他用一個八公里外的鏡子反射回到一個旋轉齒輪上測出光速。他的助手Foucault很快又用類似的反射鏡方法測得了29.6萬公里/秒。但是這些方法測出的結果誤差都比較大。二十世紀六十年代雷射出現以後，光速測量的誤差一下減小到了一公里/秒以下。

1983年十月，光速被宣布為常數：299,792.458公里/秒。再加上愛因斯坦的相對論，光速不變，故事似乎應該到此結束了。

是Dirac最早提出，「物理常數」也許會隨著宇宙演化而變化。Dirac從理論上探討了這種可能性和隨之而來的一些結果。1931年De Bray在《自然》雜誌(Nature)上指出，人們測的得光速是不斷減小的。最老的數據比當時的數據要大100公里/秒。Barry Setterfield在八十年代系統研究了歷史上對光速的測量以及有關其他常數的測量，並得出結論，光速在不斷減小。

到九十年代中葉，科學家們開始談論「變化光速理論」（Varying Speed of Light),以解釋標準大爆炸模型難以解釋的幾個問題。就是說，在宇宙早期，光速要比現在快得多。

時間和空間其實是密不可分的。我們看到的遙遠的星系，其實是很久以前這個星系的樣子，因為光線穿過廣袤的太空已經度過了許久的時間。所以科學家說的宇宙早期在實際觀測中實際上是離我們更遠的太空。就是說光線在接近地球時越來越慢。

那麼設想一下，如果自己是一個原子。那麼地球就大得像一個宇宙。光線進入地球以後再進入原子會不會也越來越慢或是有不同的速度呢？

這種變慢一定要是均勻的嗎？先變快一點，進入地球後一下子慢下來人能分辨出來嗎？

再有，時間和空間是密不可分的，速度又何嘗可以被分割出去呢？當我們測的光速變慢時，怎麼知道不是時間被加速或是長度被壓縮呢？