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當物體突破光速時,會有類似音障的光障嗎?

在地球上,當物體的速度突破音障時,將會發出巨大聲響的音爆,並有可能在物體周圍形成音爆雲。那麼,是否存在類似於音障的光障呢?當物體突破光速時,又會產生什麼現象呢?

根據狹義相對論,真空光速c是最快的局域速度,物體或者有效信息的傳播速度不可能突破光速,而且有靜質量的物體還不可能達到光速。真空光速可以說是「光障」,沒有物體可以突破,也沒有人知道突破「光障」會產生什麼現象。

不過,在某些情況下,「超光速」是存在的,並且也會產生標誌性的現象,這就是切倫科夫輻射。

光在介質中的傳播速度會放慢,例如,光在水中的速度為真空光速的75%。如果帶電粒子(如電子、質子)在水中的傳播速度超過0.75c,這就會出現突破「光障」的現象,產生光子震波,發出藍色的切倫科夫輻射,這是一種短波電磁輻射。切倫科夫輻射通常出現在核反應堆中,這種現象可以用來研究高速運動的帶電粒子。

需要注意的是,在切倫科夫輻射效應中,帶電粒子所超過的光速是相速度,而不是波前速度。光在介質中傳播時,由於介質中的電子會吸收光子進入更高的能級,然後電子又會輻射出光子,躍遷回原來的能級,這個過程需要經歷一定時間,從而使光在介質中的傳播速度看起來變慢了。事實上,光本身的波前速度是沒有發生變化的。

另外,考慮到空間本身結構的膨脹速度,在空間中的星系相隔超過140億光年之後,它們之間的退行速度會大於光速。這種「超光速」現象所造成的後果是我們永遠也不可能觀測到現在位於140億光年之外的星系,因為它們在超光速遠離而去,無論經過多長的時間,它們發出的都無法走完去往銀河系的路程。

值得強調的是,星系也沒有真的相對於背景空間做超光速運動。因為這種超光速現象是由空間本身結構的膨脹所引起的,而空間膨脹不會受制於狹義相對論。

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