光的速度是每秒钟三十万公里，说具体些，这段距离相当于环绕地球七周半的长度。其次是音速，每秒钟仅三百四十公里。人类制作的交通工具，譬如最快的喷气式飞机的速度，充其量也只能几倍于音速。这样一比，你就可以想象得出光的速度是何等神速了。

把话锋转向微观世界，事情就有些不同了。我们制作的粒子加速器可以把电子和质子等基本粒子加速到比光逨不太低的速度。特别是电子，因为它很轻，所以要不了太大的能就可被加速到接近光速的速度。但是不可思议的问题是如果把电子和质子一再加速，务必要求它们达到光速的速度，而目前却又无论如何都办不到。因为科学家要求把任何基本粒子加速到超光速以上速度的理想迄今还没有实现。

至此，好心的读者可能会萌生这样的念头：先把电子加速到接近光速的速度，费如说，在达到光速的0.999倍时，马上把加速器本身按电子前进的方向再加速到大于光速的0.001倍，那不就可以使地面上的人认为电子速度大于0.999+0.001=1倍，即大于光速了吗？

尽管根据日常生活的经验，我们对速度的了解确有这种相加的可能性，但是实际上这种情况是不会发生的。任凭集中多大的人力，不管怎样观测，要使电子（或任何基本粒子）的速度达到光速或超过光速都是不可能的。据猜测，大概这样超高速的世界恐要受到与我们日常生活大不相同的某些法则的支配。

从光速不变原理到狭义相对论

电子和质子是构成物质之本的基本粒子。这些基本粒子由于不以光速运动，所以由它们构成的物质也就理所当然地不按光速运动了。于是，就有必要搞清楚光速究竟是何等样的特殊速度。

用正在作匀速运动的电车做个实验吧，电车向它行进方向发出的光的速度在静止的旁人看来，它的速度并不是光速加电车速度，而只是光的速度，从正在作匀速运动的电车上向后发出的光的速度也不是光速减电车速度，而只是单纯光的速度。甚至，以接近光速的速度运动的电子向行进方向发出的光的速度，也不是光速的两倍，而只是仍旧保持光速的速度。反之，与行进方向反向发出的光的速度也不是零，而仍旧保持光速的速度。换句话说，从任何运动状态的物质上发出的光的速度与运动物质的速度无关，总归只是光速的速度。

光，不管从什么样运动状态的物质发射出来，由怎么样运动状态的人进行测定，它的速度总是不变的。这种光速不变原理是1905年爱因斯坦建立狭义相对论的基础。爱因斯坦并从这一原理导入了质量与能量等值性的完全崭新的概念，即世所周知的E=mc²公式。它显示着质量与能量的互存法则的统—，显示着质量可以变能量，能量可以变质量。但是根据那样的概念，它还包含着一个极为可怕的内容，即按照公式的关系，一克质量相当于9×10¹²焦耳的能量，那么把一克质量变成能，就可以产生达到大地震发生时产生的能量。然而，在微观世界里产生来自能的具有质量的粒子与消灭具有质量的粒子产生能的现象已在实际观测中证明了爱因斯坦所作考虑的正确性。

产生的途径不明   检出的方法无着

话得说回来，质子与电子都不能超过光速，光的速度总是按照光速而保持不变，那么世界上就再也不存在比光速更快的速度了吗？

首先，可以这样说，比光更快的粒子如果存在的话，那么它们也不是构成我们周围物质界的粒子，我们周围的物质界是汇集原子而产生的。在这种原子中，据目前了解只存在着质子、中子和电子，至于是否存在超光速的粒子，还无证可据。从而，超光速粒子除了人工产生之外暂无可能。

可是，我们把质子、电子一再加速，其速度也不会超过光速的理由虽则并非绝对，但似乎可以看到在这方面有着无限高的什么壁垒存在。但是科学家是憧憬着这样一种粒子存在的，这种由低于光速时—再加速而达到光速的“粒子”通过人工急速加速而产生，所以就采用了希腊语“tachy”（急速、加速）这个词作为词缀而给了它“tachyon”这个名称。

但它究竟是怎样的粒子呢？它的特性目前都是未知的。顾名思义大概只知它按超过光速的速度运动而已。另外据最早考虑这种粒子者之一曾玛费尔德认为，这种粒子是给了它能，它就减速，失去了能，它就加速，是超越我们现有知识并且与我们现有的常识大相悬殊的一种特性：一般物体受外力作加速运动的速度是与所受力的大小成比例的，所以要使运动加速，就得增大能量；另外要使运动中的物体中止运动，就得加上一个与运动方向相反、大小相等的力夺取物体的动能。

即使是微观世界，质子与电子也是被加速后成为较高能粒子的；反之，就通过物质的内部使质子与电子减速。这样，经过反复进行把它们所具的能消耗尽后就进入完全停止状态。

可是“tachyon”是怎样的呢？据说如果它受到外力的作用，速度就逐渐慢下去，外力反复作用，它具有的能就无限增大，速度却相反地继续慢下去。

因此，对这种粒子的研究，实际是研究其如何与物质进行相互作用，到目前为止，探索这种粒子的实验，只是针对它与物质的相互作用的种种假设进行的，并打算通过种种假设所取得相互作用的事例，进一步作检出粒子的探索。

充斥于整个宇宙的粒子

顾名思义，超光速粒子是以超光速的速度运动的粒子，连它最慢的速度也是光速所达不到的，只有对它进行无限制的外力作用，不断给予它以无限制的能，于是它具有的能就接近于无穷大，而速度就无限地接近光速。相反，如果能够夺走它的能，它的速度就逐渐加快，如果使它的能无限地接近于零，那么它的速度逐渐接近无限大，于是，完全消失能的“tachyon”，就继续以无限大的速度运动。

但是，人的感觉能够实际感知无限大的速度吗？当你正在思考的一瞬间，以那样速度运动的粒子，已经到了宇宙的彼岸或是火星的附近了。正由于它的运动不需计算时间，经过某一瞬间可以到达宇宙的任何地方。那么，换句话说，这种粒子的存在几率占满了整个宇宙空间并在扩展着。所以说它弥漫于整个宇宙空间。

从黑洞中跳出来

光，仅以每秒三十万公里的速度发射，可是我们通过光看到的遥远星球与地球距离成比例的说法将成过去了，因为具有无限大速度的“tachyon”眺望宇宙，将有可能了解当前一瞬间的宇宙新姿。远离十万光年的星球面貌只是十万光年前的面貌，并非当前一瞬间的面貌。但是地球上如果检出了“tachyon”这种超光速粒子后，某些以无穷大速度放出超光速粒子的星球就可以在一瞬间把它的面貌传给地球；又如在银河系远方果真存在着具有智能生物的话，那么如果我们用光的一种电波同他们互通信息的话，那就不知要多少亿年才能到达，但当用了这种粒子之后，那就可能是一瞬间的事了。

速度无限大的这种粒子，根据上述情况，它的能量是零，也就是它的惯性质量是零，据说由于感受不到重力作用的缘故，所以连光也不能显示出来。但能够从黑洞中跑出来那是肯定的，所以有可能把黑洞中的信息传递给我们。因此，黑洞并不是黑暗的天体，而是用这种粒子照得亮堂的明亮的天体。

到目前为止，我们还没有遇到过能量为零状态时的粒子，例如构成光的光子，虽则在理论上可以认为它质量为零，但那仅是它静止时质量的假设，遗憾的是光总是以光速运动着的，尽管在任何低的状态，能总是有的。根据爱因斯坦的相对论，只要有能存在，总是相当地表示它一定的质量，因此，光子就是能够感受到重力作用的。

更有甚者，能量为零的这种粒子，具有从一切物质中自发放出的可能，但是对这种可能性，究竟存在哪些限制法则呢？如果可以应用能量守恒法则的话，那就一切问题都没有了，因为一切物质、一切粒子由于放出了能量为零的超光速粒子，它是什么能都不需要啊。但是，果真是这样吗？我们一切都不清楚。

最最不可思议的是，这种粒子的能量确实为零，同时又是具有运动量的。所谓运动量是表现运动激烈程度的量，物质的运动，质量愈大，同时速度也愈大，那么当受到冲击时的冲击力也就愈大。所以通常把质量与速度的乘积称为运动量。超光速粒子的运动量同这一运动量的定义虽则多少有些差异，但大体上可以认为是一致的。由于无论如何这种粒子的运动量不等于零，由于这种粒子的放出而使物体受到冲击，如果按照能量守恒定律，物体的冲击运动是受到限制的，因此当物体放出能量为零的这种粒子时，必须是按互相反对的方向成对地放出，以抵消两个粒子的运动量，使物体不受冲击。如果真的是这样，那么一切物体都能自发放出能量为零的超光速粒子对，它们大概将充斥于这个世界之上了。

测定粒子的通过时间

事实果真是这样的话，那么物理学家将如何进行这种粒子的探测呢？最简单的方法是在一定距离上放两个计数器，在两者之间测定它的通过时间。例如，通过一公尺的距离，光所需的时间约三毫微秒（1毫微秒=10亿分之一秒即10^-9秒），而“tachyon”只需更短的时间。但是，这种粒子发生的地方在哪里呢7是来自粒子加速器的光束对物质发生冲击之处呢还是来自放射性同位素的射线与屏蔽之类物质发生碰撞之处呢？但大家都认为以上两处与高能宇宙线同构成大气的原子核发生冲击之处的可能性较大，所以在朝对这几处放置计数器是可行的。

在如此这般的速度测定方法的基础上，物理学家从这种粒子可具有的性质出发，导出了种种可能性，并正在不断地进行探索，但是到目前为止，有所发现的报告尚付阙如。

与过去互通信息可能吗？

这句话意味着什么？如果这种粒子的检出成功并证明其确实存在，同它在未检出时或好像它不存在那样，对它与物质相互作用的假设是否正确都不甚了解。换句话说，尽管它不可能被检出但又不能否定其存在。事实是迄今为止，谁也没有成功地检出过它。

最有兴趣的或是说理论上最麻烦的问题是所谓超光速粒子对时间流的反向前进，那正题引起科学幻想的饶有兴趣的问题，再理想一些的话，也许可以利用它与过去通信，就过去的我们看来，它成了来自未来的通信。如果这种情况可能的话，那么在这种粒子研制成功之后人们可以利用它把持有现在的自身的信息传输给过去的你，使过去的你成为万能。再就过去的你看来，岂非就能百分之百正确地预知未来了吗？

但是，所谓逆时间之流的运动，在物理学上得到承认与否是另一回事。因为这种事件的发生，一方面有它的理所当然处，另一方面又破坏了因果律的法则。所谓因果律，是当一种情况提出时所引起的使它成为原由的原因必须在时间上先于它的结果，这一点是极自然的。当然这一极自然的因果律也包含在现代物理学之中，而且物理学本身也不是假设的科学。因此在理论上对这种粒子进行考察时，就有必要把它破坏因果律的理论包括进去。于是使这种粒子具有最大魅力的可能性，即与过去通信的可能，在理论上失去了根据。

超光速火箭旅行可能吗？

尽管在实验上我们已经确认了时间逆行的可能性，但是乘坐超光速火箭追溯自己的过去是不可能的。超光速粒子总是仅按光速以上的速度运动的粒子，而我们的物质却总是从小于光速而运动的粒子产生的。

但是，由于我们对超光速粒子的问题不甚了了的缘故，所以任何应用目前我们所有的知识与法则大概不能使这种富有魅力的尚处于空想阶段的粒子就范吧！为发现超光速粒子而向往着的实验物理学家正多着，对超光速粒子作理论考察的理论物理学家也很多，专为超光速粒子召开的国际会议也不少，把这样富有吸引力的重要问题作为现代物理学的一个课题，它的方向显然是正确的。

[科学朝日（日），1984年11、12月号]

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更正

本刊去年十二期封四图片说明中左侧两图中的“苔藓植物”均系“藻类植物”之误特此更正。

本刊编辑部