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本周早些时候,我们讨论了天文学家发现的快速移动的粒子射流,这些粒子是由中子星碰撞产生的物体产生的。喷气机在两个不同的时间点成像,大约相隔半年。在那段时间里,当从地球上看时,喷气机似乎比光本身移动得更快。

在文章中,我提到了“从地球上看”部分,表明这种明显的速度是一个透视问题,并且喷气机实际上并没有超过光线。我这样做是因为我需要一篇单独的完整文章来解释它是如何工作的。但是,我在评论中对此进行了引用,所有人都知道没有什么比光速更快,这是我不能否认的事实。正如我所说,解释会要求一篇完整的文章。这就是你得到的。

快速

对于移动得比光更快的东西,你不应该感到惊讶,它必须以相当快的速度开始。而且,如文章中所提到的,外观也取决于观察者的观点。因此,为了解释这一点,我们需要一个快速的东西来源和一个观察者,我们将放置在银河系附近的任意位置。

方便的是,在瑞士有一个叫CERN的小地方可以生产一堆快速的东西。大型强子对撞机采用快速移动的质子束并使它们更快,直到它们以0.99999999倍的光速移动。不幸的是,大型强子对撞机的环被许多岩石包围,这些岩石将迅速减速这些质子(或者更确切地说,它们会与原子碰撞并减少为亚原子粒子)。但是为了解释这个问题,我们假设大型强子对撞机配备了一些磁性斜坡,可以在任意方向射出质子束。

我们需要足够远的东西来瞄准那些质子。我将选择Alpha Centauri,一颗离地球约4.4光年的恒星。这意味着发送到Alpha Centauri的任何光都需要4。4年才能到达那里。如果我们同时在恒星上拍摄一堆LHC来源的质子,它们将在同一时间内光学传播4.39999996光年。这相差0.00000004光年 – 大约380,000公里,或者与月球一样远。

在银河系方面,光已经在我们的LHC质子上建立了一个小的领先优势。如此微不足道,质子将在光线后不到1.3秒到达。

现在,让我们假设一些质子在离开大气层时撞击原子,产生一些光子。他们做同样的事情,因为他们遇到了半人马座阿尔法星附近的事情。这让我们可以跟踪他们的进度。那么进展看起来取决于你从哪个方向看。

我们将采取最简单的案例:有人从地球 – 阿尔法半人马座轴定义的平面上俯视上下 – 比如距离它100光年。从这个角度来看,第一个光子在质子离开地球一个世纪后到来。(从技术上讲,它是100.024197年,但我们将用一个世纪)。然后,4。4年后,将观察质子到达半人马座阿尔法星时发出的光。

我会说他们会在4。4年和1.3秒之后到达那里,但那些1.3秒远小于我称之为距离4.4光年的四舍五入。那些秒钟也会被琐碎的不确定因素所吞噬,例如地球和半人马座阿尔法星在4.4年的旅行中的相对运动。

这几乎是你所期待的,并没有什么超级的。为了让事物看起来像超光速,我们需要移动我们的观察者。想象一下,地球上的一条线直接穿过半人马座阿尔法星。我们将把我们的观察者放在距离Alpha Centauri超过100光年的那条线上。然后,我们将移动观察者,使它们相对于半人马座阿尔法星线偏离该线20度。他们看到了什么?

三角学告诉我们观测者距离地球110.6光年,所以观察者需要那么长的时间才能看到LHC射出地球质子时发出的光。4。4年后,他们到达半人马座阿尔法星,将发出更多的光。使用相同的三角学,Alpha Centauri距离观察者106.4光年; 加上4。4年的旅行时间,光子从他们离开地球110.8年后到达我们的观察者。这意味着来自这两个事件的光线相隔超过10周。

但两点之间的实际距离为4.4光年。因此,看起来无论是什么导致信号在短短10周内传播了4.4光年。这是超光速的。

天文现象并不像大型强子对撞机那么快。如果我们的东西加速到光速的75%,从地球到半人马座阿尔法星的旅行时间会上升到5。9年。现在,来自Alpha Centauri的光子在LHC发射后的112。3年后到达 – 地球发出的信号已经过了1。7年,这仍然是超光速的。

任何观察的精确细节将取决于材料的速度,所涉及的距离以及我们观察事物的角度。但是有大量的速度和角度可以创造超光速运动的外观。这就解释了为什么当天文学家出现比光速更快的东西时,他们会耸耸肩,相信系统的怪癖可以解释明显的物理违规。