科学已经证明光速既可超越，也可放慢，为何还说光速极限和不变？

　　现代物理学中光速已经是一个常量，每秒准确值为299792458米，也就是约30万kms。爱因斯坦早在100多年前的狭义相对论中，就提出了光速极限和光速不变的两个杠杠，成为了现代物理学不可逾越的天花板。
　　光速极限的意思就是，在我们宇宙，任何物质运动都无法达到光速，更不可能超过光速，一个最微小的粒子也不例外；光速不变的意思是，真空光速在任何参考系观测都是一样的，不会随着观测者是否相对运动而改变。
　　100多年来，这已经成为一个铁律，没人能够推翻。但在一些实验中，科学家们时常会爆料，有物质运动快于光速，而且光速还能变慢甚至停顿！这又是咋回事？我们一起来了解一下。唯一被证实的物质运动超光速现象
　　很早以前，人们就观察到了水等透明介质经放射线照射会发出淡蓝色辉光，但被解释为是荧光，就连居里夫人也这样认为。前苏联科学家帕维尔阿列克谢耶维奇切伦科夫决定要弄清楚这个问题。
　　上个世纪三十年代，连简单测量光强度的仪器也没有，切连科夫只能完全依靠自己的眼睛来观测，为了能够对光强度敏感，他每天必须让眼睛在黑暗中适应1小时，然后才去观测介质中出现的淡淡辉光。
　　一连几年，切伦科夫调换着各种介质，一遍遍反复试验，最终他发现这不是荧光，因为荧光应该是向四面八方发出的球面波，而这种射线激发的辉光却是圆锥形波。因此从1934年开始，他发表了一系列论文，详细论述了这一现象的性质，人们把这种现象称为切伦科夫辐射。
　　后来，他的同事伊利亚米哈伊洛维奇弗兰克和伊戈尔叶夫根尼耶维奇塔姆也加入了研究，最终得出的结论是，这是一种超光速现象！这是自从爱因斯坦发出光速天花板以来发现的第一个超光速现象，也是迄今为止唯一一个物质运动超光速现象！
　　但超光速现象为何会发生辉光呢？
　　许多科学家对这种现象很着迷，力图通过各种实验弄清楚这个问题。经过几年的共同努力，切伦科夫等三人终于弄明白了这个问题，原来是带电粒子在介质中运动速度超过光速时，就会发出一种电磁辐射，这种辐射是以锥形发出的，这就是切伦科夫辐射的来源。
　　之所以会产生这种现象，有点像超音速飞机产生的音爆，当飞机速度达到音速并超过音速的那一刹那，音波无法超过飞机运动速度，因此无法离开飞机机体而堆积起来，这样就形成了一个锥形震波。
　　与此类似，当一个带电粒子超过光速运行时，也会产生光子振波，表现为蓝色辐射锥，而蓝色辉光就是粒子运动超光速时产生的光子振波现象。弄清了这个原理，切伦科夫和他的两位同事共同荣获并分享了1958年诺贝尔物理学奖。
　　这个原理有非常重要的意义，人们利用这个原理捕捉来自宇宙的各种高能带电粒子。如一些高能带电粒子进入地球大气层后，有的就会超过光速而产生蓝光。人们还在地球上或冰层下面、地底下建造设置了大量捕捉各种粒子的气泡室或水池，当这些粒子轰击人们准备好的介质时，就会发生超光速效应而留下辉光和路径，，这样，就让这些平常无法见到的物质显形，让科学家们得以研究。光速不但会变慢，还能停住
　　从上面介绍的情况看，光速只是在真空中最快，在介质中未必最快。那么光速在介质中有多慢呢？这里有个大致的参数：与真空光速相比，光速在空气中可达99。97，在冰中可达77，在水中只能达到约75，在酒精中约73，在玻璃中约67，在钻石中约41。
　　从光速在这些常见介质中的传播速度来看，最慢的是钻石，每秒约12。4万公里。这在日常生活宏观世界中，还是一个可望不可及的速度。那么，还能够让它慢下来吗？
　　几十年来，科学家们一直在做这个尝试，证明了不但能让光速慢一点再慢一点，还能够把光停住！
　　1999年，丹麦物理学家莱恩韦斯特加德豪（LeneVestergaardHau）领导的哈佛大学一个科学团队，就成功将一束光减缓到每秒约17米，到了2001年，她就能够将一束光完全冻结。何谓冻结？就是停住了！而且解开这束光的束缚后，它又能恢复每秒30万公里。
　　说起来容易做起来很难，这涉及到波色爱因斯坦凝聚态理论。这个理论认为，玻色子在接近绝对零度的极低温度下会呈现某种特殊状态，即玻色爱因斯坦凝聚态。这个预言提出几十年后，直到1995年科学家们终于制备实现了这个物质形态。
　　波色爱因斯坦凝聚态有许多奇异性质，其中之一就是当激光照射这种状态的原子时，会使其对一定频率的折射率骤增，从而让光束在其中速度骤降。莱恩团队得到的每秒17米光速，就是利用这个原理，让光速穿过一群超冷的钠原子云得到的。
　　后来，莱恩团队采取光脉冲完全压缩并包含在低温原子中时，突然关闭耦合激光器的办法，让原子云的特性发生改变，光脉冲无法透出低温原子云，被困在里面。当她们重新打开耦合激光器后，被冻住的光脉冲就会重新释放出来。
　　她的这项成果意义非常重大，为量子计算奠定了坚实基础。现在，科学家们捉住光的时间越来越长。
　　2013年，德国达姆施塔特大学一个科学团队成功将光停住并储存了60秒。这次是采用一个完全不透明的晶体，将其温度降低到接近绝对零度，再用一束激光照射，让其原子形成量子叠加态，这个晶体就变得透明起来，能够让一定波长的光通过。然后让另一束激光进入这个已经变得透明的晶体，接着立即让晶体失去透明性，这样，就锁住了进入晶体的激光。
　　这种方法有点像先制备一个暗室，并打开门让一束光进入，随即关上门，光就被关在这个暗室里。一分钟后再打开对面的一扇窗，光又跑了出去。
　　2021年，中国科技大学郭光灿院士带领的团队利用同样原理，采用掺铕硅酸钇晶体（Eu3：Y2SiO5）为材料，成功将一段600米的光脉冲，封闭存储在5毫米的晶体中，过了60分钟才把它放出来，这束光依然生龙活虎，相位存储保真度高达96。42。5。光速的这些变化并没有否定相对论
　　上面说的科学实验，既有超越光速的物质，又能将光速变慢，是不是就说明爱因斯坦相对论有关光速的论断是错误的，相对论从此就推翻了呢？非也。
　　稍有物理学基础的朋友都能够看出来，上述各种例子列举的光速被超越或变慢，都是有条件的，就是光速在不同介质中的表现。而狭义相对论有关光速极限和光速不变的理论，是指光速在真空中的特性。
　　这就是说，光速在介质中的运行速度并不是老子天下第一。这一点其实很好理解，比如一束光如果遇到一块铁板或木板，就被挡住了，而一颗子弹或穿甲弹，则能轻易把它们射穿，因此在木板或铁板中，光的运行速度还不如子弹或穿甲弹。
　　光速在介质中为啥速度会慢下来呢？这是因为光在介质中会产生折射，折来折去不断地折腾，当然就慢了下来。不同的介质折射率不一样，光在其中的运行速度就不一样；其他的粒子运动方式与光子不一样，因此就有可能在介质中超过光速。
　　科学实验让光速更慢下来，就是通过改变介质的折射率实现的。折射率越大，光通过这个介质所需时间就越长，因此看起来光速就越慢了。让光停住则除了提升介质的折射率，还需要通过对光场激发转变成一群原子的激发，这些原子就会像一张渔网，把这些光子捕获猪。
　　比如郭光灿院士团队让600米的光在5毫米晶体中停留1小时，首先是将掺铕硅酸钇晶体（Eu3：Y2SiO5）介质折射率提升几十万倍，通过激发形成原子渔网，让进入这群原子的光只能在晶体里来回震荡，无法离开晶格当中的位置。
　　其实这些实验，都是在爱因斯坦相对论框架下进行的，与爱因斯坦提出的光速极限和光速不变完全不矛盾。
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