最近有粉丝私信我,他看到一篇科普文章说发现了超光速高能粒子,但事实上超光速只是我们的光学错觉,他想知道光学错觉是怎么超光速的。 我看了一下他发过来的文章,内容大概是这样的。2017年8月17日,人类第一次探测到中子星合并的引力波,随后我们也探测到合并后产生的高能粒子。但是,10月12日发表在《自然》杂志的文章表示,这些高能粒子的飞行速度达到了7倍光速。我们知道宇宙中物质的极限速度为光速,7倍光速明显就违背了狭义相对论,因此它不是我们所认为的传统速度。 事实上,它是一种横向速度,也就是喷流速度在天球的投影速度。如下图所示,高能粒子沿着路径AB以速度v运动,我们在O点处观测该喷流。在时间t1一束光从A点处发出,在时间t2一束光从B点发出。而在时间t1时我们接收到A点发出的光,在时间t2时我们接收到B点发出的光。由于高能粒子距离我们很远,所以角非常小,OC可以看成与OB相等。 首先,高能粒子从A到B的时间差是tt2t1。因此,AB两点之间的距离为ABvt。之后,我们可以根据直角三角形的性质,得出ACvtcos,BCvtsin。 我们可以利用光速得到t1与t1之间的关系: 同样,我们可以得到t2与t2之间的关系: 于是,我们接收到两点发出的光的时间差t就有以下关系: 而高能粒子在它与地球连线相垂直的方向上运动的距离为vtsin,因此横向速度为: 如果我们让速度v足够接近光速,并且角足够小的话,那么横向速度就可以超过光速了。以那篇论文的高能粒子为例,实际上它的飞行速度是99。97的光速,角大约为16度,因此我们能得到横向速度大约为7倍光速。