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美国科学家证实信息传递速度不超过真空光速

http://jczs.sina.com.cn 2003年10月26日 08:30 科技日报

  美国科学家的实验显示,搭载信息的光脉冲虽然在金属气体介质中传播速度超过了真空光速(物理上用常数c表示),但是所载信息的速度却仍然没能超过真空光速。该实验结果维护了因果关系,说明结果不可能先于原因而存在。

  爱因斯坦在狭义相对论中断言,在真空中没有物质的速度能超过光速。如果超过光速,那么或许出现这样的可能性,即事情的发生早于导致事情发生的原因。表面上看,对因果
关系提出挑战始于3年前的一项实验。那时,一束光脉冲在低温金属原子气体中的速度远远超过了真空光速。但是,当时多数科学家并不为因果关系担忧。他们认为真正要关注的是信息究竟能以多快的速度传播。这里,“信息”指的是能作用于一个物体或系统的任何信号,例如,一束光脉冲能开启一台仪器设备。

  研究人员提出,即使脉冲光束中最前沿的一些光子的速度超过光速,也只有在光束的多数光子团到达后,脉冲才会发生作用。这就是说,前沿超光速光子不能传达任何信息。物理学家需要解答的问题是,在这样的脉冲光束中,信息的速度究竟有多快。有学者提出信息的速度应同群速度相同,因而在特殊介质中信息速度超过真空速度,违背了因果关系。也有人认为,信息速度等于或小于真空光速。多数学者主张光脉冲的群速度和信息速度并不相同。

  据10月16日《自然》杂志网络版介绍,北卡罗来纳大学公爵大学丹尼尔?古斯伊尔和同事通过研究搭载有信息的光脉冲以超真空光速在介质中的传播现象,为问题提供了答案。古斯伊尔提出,传输信息不只是发送一个信号,因为信号还必须在一端被编码并在另一端解读。为了传送信息,需要改变信号,例如光要更亮。研究人员表示,信息传送的最大速度同能探测到信息变化的最早时间相对应。探测需要花费时间,耗时往往同光脉冲的形状和背景噪音等有关。探测器必须能将信号中表示信息的变化和随机波动引起的变化区分开来。

  研究小组发现,编码搭载在穿过钾原子气体光脉冲上的信息所需要的探测时间比编码在穿过真空光脉冲上的信息所需的探测时间长。因此,即使光脉冲群速度超过了真空光速,但信息速度从没有超过。换句话说,先到光脉冲需要更长的时间报告它的抵达。(科技日报/记者毛黎)


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