在大众的认知里，光速常常被视为宇宙速度的极限，是一道不可逾越的 “天堑”。
根据爱因斯坦的相对论，有质量的物体的运动速度无法达到或超过光速，信息的传播速度也不能超过光速 ，这一观点深入人心，成为了现代物理学的基石之一。
但实际上，光速并非在所有情况下都是绝对不可超越的，宇宙中存在一些看似超光速的现象，它们不仅没有违背相对论，反而进一步加深了我们对宇宙的理解。
光在真空中的速度约为每秒 30 万公里，这是一个恒定值 ，但当光进入介质，如常见的水、玻璃等，其速度会明显降低。
这一现象的原理可从多个角度理解。从麦克斯韦电磁理论来看，当光以电磁波的形式进入介质，介质中的质子和电子等带电粒子会对其产生响应并随之振动，这些运动的带电粒子又会产生新的电磁波，与原来的电磁波相互干涉 。
除了沿原来光方向传播的波，其他方向的波相互抵消，而带电粒子产生的波存在延迟，致使整体波传播速度变慢，宏观上表现为光在介质中速度降低。
从量子力学角度分析，光由光子组成，进入介质后光子与带电粒子相互作用，存在吸收和发射过程，光子被带电粒子吸收使粒子能级升高，随后粒子回落低能级发射新光子 ，这些新光子方向杂乱无章，经费曼方法平均后，仅留下沿原方向传播的光子，且光子与带电粒子的相互作用导致从介质中出射的光子与入射光子存在时间差，使得光在介质中传播速度变慢。
以核反应堆为例，核反应过程中会发射出接近光速的电子，当这些电子穿过反应堆周围作为冷却剂的水时，水的折射率约为 1.33，光在水中的速度约为真空中光速的 0.75 倍，而电子速度可超过光在水中的传播速度，从而打破光在这种介质中的 “屏障”。
这与飞机突破音障类似，当飞机速度超过音速时，会产生音爆，是由空气冲击波引起；电子突破光障时，会产生切伦科夫辐射☢️，这是一种光学 “冲击波”，使核反应堆发出幽幽的蓝光 。但需明确的是，这种 “超光速” 只是相对于介质中的光速而言，电子的实际速度并未超过真空中的光速。
还有，在太阳内部，光子的产生源于核心的核聚变反应。从理论上讲，以光在真空中的速度，从太阳核心到达太阳表面只需 2 到 3 秒。
然而，实际情况却大相径庭。太阳内部是一个充满高密度带电粒子的环境，光子在其中的传播过程充满了坎坷。平均而言，太阳核心中的一个光子在与离子碰撞之前，传播距离还不到一厘米 。每次碰撞后，光子会被以随机方向散射出去，这就导致光子在太阳内部的运动轨迹呈现出一种无序的随机漫步状态。
想象一下，一个光子试图离开太阳，却每前进一步都可能被随机反弹，其从太阳核心到表面的旅程变得极为漫长，实际上需要 2 万到 15 万年的时间。
相比之下，恒星中的声波传播则高效得多。声波是一种压力波，其传播原理是通过材料传递能量，而不是像光子那样直接传递物质本身。这一特性使得声波在太阳内部传播时，不会受到核心离子的阻碍。声波可以以每秒数千米的速度穿过太阳，并且能够使太阳作为一个整体发生振动 。
科学家对这些声波振动的研究形成了日震学（针对太阳）和星震学（针对其他恒星）。通过分析这些声波，就像医生通过听诊器🩺了解人体内部状况一样，科学家可以确定太阳内部的密度和压力等重要信息。虽然声波在恒星内部的传播速度远超光子在太阳内部的传播速度，但同样没有超过真空中的光速。
宇宙膨胀的速度，同样超光速。
自 20 世纪 20 年代以来，天文学家埃德温・哈勃通过长期观测发现，星系距离我们越远，其发出的光红移就越大，这意味着星系离我们越远，远离我们的速度就越快 ，这种红移和距离之间的关系被称为哈勃定律。
随着研究的深入，科学家逐渐认识到，这种星系退行现象并非是星系在空间中简单地从一个点飞驰出去，而是由于空间本身在不断膨胀。
宇宙膨胀的速度由哈勃常数来衡量，目前对哈勃常数的最佳测量值约为 20 公里 / 秒每百万光年 。这意味着在宇宙空间中，相距 100 万光年的两点正以每秒 20 公里的速度相互远离。由于整个宇宙空间都在膨胀，空间中两点之间的距离越大，它们相互分离的速度就越快。当两点之间的距离足够远时，它们远离的速度就会超过光速。按照目前的哈勃常数计算，超光速的临界距离大约是 150 亿光年 。
例如，一个距离我们 160 亿光年远的星系正在以比光还快的速度远离我们。但这种超光速现象并不违背相对论，因为从该星系的角度看，我们也在以比光还快的速度远离它，这是由于宇宙膨胀导致的相对运动，并非星系自身在空间中的运动速度超过了光速，相对论限制的是物体在空间中的运动速度不能超过真空中的光速，而对空间本身的膨胀并没有限制。
最后，就是量子纠缠的速度，远超光速。
量子纠缠是量子力学中一种极为奇特的现象，爱因斯坦曾将其称为 “幽灵般的超距作用”。
假设有一个零自旋中性 π 介子衰变成一个电子与一个正电子，这两个粒子在产生后，无论它们相隔多远，哪怕是相隔着整个银河系，它们之间都存在着一种特殊的关联，即量子纠缠 。当对其中一个粒子进行测量，比如测量电子的自旋方向，一旦确定了电子的自旋状态，另一个正电子的自旋状态会瞬间被确定，仿佛两个粒子之间存在着某种超越空间和时间的 “心灵感应”。
为了更通俗易懂地理解量子纠缠，我们可以借助一个比喻。
假设你和你的朋友有一个共同的朋友，她送给你们两人一副手套🧤，并分别将两只手套🧤装进两个盒子里寄给你们。在打开各自的盒子之前，你们都不知道自己拿到的是左手还是右手的手套🧤，两只手套🧤的状态处于一种不确定的叠加态 。
当你打开盒子，发现自己拿到的是左手手套🧤的瞬间，你就能立刻知道你的朋友拿到的一定是右手手套🧤。在量子理论中，在观察之前，粒子的状态是不确定的，处于叠加态，就像盒子里的手套🧤在未打开前无法确定左右。当对一个处于纠缠态的粒子进行观测时，“纠缠系统的波函数” 会瞬间坍缩，导致另一个粒子的状态也随之确定，这个过程是瞬间发生的，其速度远超光速 。
但值得注意的是，这种超光速并不违反相对论，因为在量子纠缠中，关于系统信息的传播速度并没有超过光速，你对量子系统测量的结果信息不会以比光速还快的速度传递给其他人，你所做的观察不会改变其他人对纠缠系统的不确定状态，直到其他人从你这里获取到关于纠缠系统的信息 。
爱因斯坦的相对论，包括狭义相对论和广义相对论，是现代物理学的重要基石 。在狭义相对论中，有一个关键的结论：有质量的物体的运动速度无法达到或超过真空中的光速。这一结论基于质能等价原理，即 E = mc²（E 表示能量，m 表示质量，c 表示真空中的光速） 。
当一个有质量的物体运动时，其动能会使它的质量增加，速度越接近光速，质量增加得就越显著。当物体的速度趋近于光速时，其质量会趋近于无穷大，而要使一个无穷大质量的物体继续加速，就需要无穷大的能量，这在现实中是不可能实现的。
相对论还限制了信息的传播速度不能超过光速。这是因为信息的传递需要借助物质或能量，而物质和能量的传播速度无法超越光速，一旦信息传播速度超过光速，就会导致因果律的冲突，引发一系列逻辑上的悖论 。例如，假设存在超光速信息传递，那么在某个参考系中，结果可能会先于原因出现，这显然违背了我们对因果关系的基本认知。
从理论层面深入剖析宇宙膨胀和量子纠缠等超光速现象，可以发现它们在各自的机制下与相对论是兼容的。
对于宇宙膨胀，其超光速是空间本身的膨胀导致的，并非物质在空间中的运动速度超过了光速 。在广义相对论中，时空是一个整体，物质和能量的分布会弯曲时空，而宇宙的膨胀可以看作是时空结构本身的演化。这种膨胀不受相对论中对物体运动速度限制的约束，因为相对论所限制的是物体在时空中的运动，而不是时空本身的变化。
例如，想象宇宙是一个正在被吹大的气球，星系就像是气球表面的斑点，随着气球的膨胀，斑点之间的距离不断增大，这种距离的增大是由于气球表面（时空）的膨胀，而不是斑点（星系）在气球表面（时空）上的运动速度超过了某个极限。
量子纠缠的超距作用虽然看似违反了相对论中信息传播速度的限制，但实际上并没有违背。量子纠缠是一种纯粹的量子力学现象，处于纠缠态的粒子之间存在着一种非定域的关联 。
当对其中一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态会瞬间确定，但这一过程并没有传递实际的信息。因为在量子纠缠中，测量结果是随机的，无法通过控制一个粒子的状态来向另一个粒子传递特定的信息 。
例如，就像前面提到的纠缠骰子的比喻，虽然两个骰子的点数之间存在奇妙的关联，但我们无法通过控制一个骰子的点数来向另一个骰子传递有意义的信息。所以，量子纠缠不涉及信息的超光速传递，与相对论并不矛盾，它只是展示了微观世界中独特的量子特性，这种特性与宏观世界中相对论所描述的物理规律有所不同，但在各自的领域内都是自洽的。
对超光速现象的研究，为人类认识宇宙提供了全新的视角。这些现象挑战了传统的认知，促使科学家不断完善和拓展理论。宇宙膨胀的发现，让人们对宇宙的演化历程有了更深入的理解，也引发了对宇宙未来命运的思考 。量子纠缠的研究则加深了我们对微观世界的认识，揭示了微观粒子之间奇妙的关联，为量子力学的发展提供了新的动力。
从科学突破的角度来看，超光速研究可能带来重大变革。如果未来能够找到一种理论，统一相对论和量子力学，解释所有的超光速现象，那么这将是物理学的一次重大飞跃 。这种理论的突破可能会揭示宇宙更深层次的奥秘，如暗物质、暗能量的本质等，这些神秘物质占据了宇宙的绝大部分，但目前我们对它们的了解还非常有限。
在技术应用方面，超光速研究也有着广阔的前景。虽然目前还无法实现超光速旅行，但虫洞和曲速引擎等理论为未来的星际旅行提供了可能性。如果这些技术能够成为现实，人类将能够在宇宙中自由穿梭，探索遥远的星系，寻找新的家园 。
量子纠缠在通信和计算领域已经展现出了巨大的潜力，量子通信可以实现绝对安全的信息传输，量子计算则能够大幅提高计算速度，解决一些传统计算机无法解决的复杂问题 。随着研究的深入，这些技术有望得到进一步发展和应用，为人类社会带来深远的影响。
