- 圖是藝術家對活躍星系核的印象。位於吸積盤中心的超大質量黑洞垂直於黑洞的吸積盤，將一股狹窄的高能物質射流送入太空。任何物理結構中的粒子或輻射，即使是像這樣奇異的粒子或輻射，都不應該比真空中的光移動得更快。
宇宙中有一個極限速度：真空中的光速（C），如果沒有質量，不管你是光波（光子）、膠子，還是引力波——當通過真空時，移動的速度就是光速，而如果有質量，只能比光速移動得慢。 最近有沒有聽說這樣的報道，說伽馬射線噴流（伽馬射線本身就是一種高能形式的光）傳播速度能比光快？ 這就是傑夫·蘭德魯姆博士想知道的，他問：
“伽瑪射線真的有可能超過光速，從而“反轉”時間嗎？時間逆轉僅僅是一個理論假設，允許這些假設的超光速粒子符合相對論，或者有經驗證據證明這種現象嗎？”
讓我們先來看看控制宇宙的基本物理學。
- 所有無質量的粒子都以光速運動，但光速的變化取決於它通過真空還是通過介質。假設您用迄今為止發現的最高能量宇宙射線粒子與光子賽跑，它們到達仙女座星系往返時間為500萬光年，但光子比宇宙射線粒子大約快6秒的時間。然而，如果你用一個長波長的射電光子和一個短波長的伽馬射線光子賽跑，只要它們只在真空中穿行，它們就會同時到達。
光有各種波長、頻率和能量。儘管光固有的能量被量化為離散能量包（即光子），但所有形式的光都有一些共享的屬性。
- 任何波長的光，從皮秒波長的伽馬射線到超過一兆倍的無線電波，在真空中都以光速移動。
- 任何光子的頻率等於光速除以波長：波長越大，頻率越短；波長越短，頻率越高。
- 光子固有的能量與頻率成正比：最高頻率、最短波長的光是最有能量的，而最低頻率、最長波長的光是能量最低的。
- 光只不過是一種電磁波，具有與光傳播方向垂直的同相振盪電場和磁場。波長越短，光子的能量就越大，但越容易受到光速變化的影響。
你必須記住，光是電磁波。當我們談論光的波長時，我們談論的是每兩個"節點"之間的距離，其相中振盪的電場和磁場形成波狀模式。
然而，當光通過介質時，突然間，每個方向都有帶電粒子：這些粒子產生自己的電場（可能還有磁場。當光線穿過它們時，其電場和磁場與介質中的粒子相互作用，光線被迫以較慢的速度移動：該特定介質中的光速。
然而，實際上，你可能沒有想到的是，光減速的量取決於光的波長。
- 圖：連續光束被稜鏡散射的示意動畫。如果你有一雙紫外線和紅外線的眼睛，你就能看到紫外線的彎曲程度甚至超過紫光/藍光，而紅外光的彎曲程度將比紅光的彎曲程度小。
為什麼會出現這種情況？為什麼長波長（紅光子）的光子在穿過介質時彎曲更少（移動得更快），而短波長（藍色）光子彎曲量較大（移動速度較慢）？
記住，任何介質是由原子組成的，而原子又由原子核和電子組成。當您將電場或磁場施加到介質上時，該介質本身會響應磁場：介質極化，這對所有波長的光產生影響。然而，對於較長的波長，介質中的變化較慢；每秒電磁波的週期較少。因為電磁力總是抵抗電場和磁場的變化，因此光通過介質時，變化更快的場（對應于波長更短、頻率更高和能量更大的光子）將得到更有效的抵抗。
- 這個例子，光線穿過色散稜鏡並分離成清晰的顏色，是許多中高能光子撞擊晶體時會發生的色散現象。注意在真空中（稜鏡的外部），所有的光以相同的速度傳播，並且不分散。然而，進入介質後，藍光比紅光慢得多時，通過稜鏡的光就被成功地色散。
這是我們所知道的唯一一個使光以比真空中的光速慢的速度運動的“訣竅”：使它通過介質。當我們這樣做的時候，最短波長的光——也就是最有能量的光——相對於較長波長、較低能量的光來說，減速的幅度最大。如果我們把獲得的各種頻率的光照射到任何介質中，伽馬射線就在介質中傳播的速度會最慢。
這就是為什麼這個標題如此令人費解：伽馬射線噴流怎麼能比光移動得更快？如果我們看一下科學論文本身（網上有免費的預印本），我們可以看到另一個有助於澄清事實的成分：這種輻射的移動速度並沒有超過真空中的光速，而是V，這些伽馬射線源周圍充滿介質粒子。
- 伽馬射線爆發，就像圖中的再現中描繪的一樣，被認為起源於被大外殼、球體或物質光環包圍的宿主星系的緻密區域。這種物質將具有該介質固有的光速，穿過它的單個粒子儘管總是比真空中的光速慢，但可能比該介質中的光速快。
當有一個重粒子在真空中移動時，它的移動速度必須總是比真空中光速c慢。然而，如果粒子進入一個介質，此時光速為v，但小於小於真空光速（c），那麼重粒子的速度可能會突然大於該介質中的光速。
當這種情況發生時，粒子與介質的相互作用將產生一種特殊類型的輻射：藍色/紫外線，稱為切倫科夫輻射。在任何情況下，真空中的粒子被禁止以比光速快移動，但沒有什麼能阻止粒子在介質中比光更快地傳播。
- 愛達荷國家實驗室的高級反應堆堆芯不是藍色的，而是因為個這核反應堆產生相對論的帶電粒子，這些粒子被水包圍，當粒子通過水的時候，它們超過了介質中的光速，導致它們發射出切倫科夫輻射，這種輻射看起來像是發出藍光。
新的研究所指的是，我們有許多不同類型的高能天體物理現象，如長/中伽馬射線暴、短週期伽馬射線暴和X射線耀斑。它們都具有相同特點：在物質豐富的環境中，極高能量的光子從太空中的劇烈事件中釋放出來。
研究人員所做的是引入一個新的、簡單的模型來解釋脈衝伽馬射線爆發中的奇異特性。他們模擬伽馬射線發射，來源於急速移動的粒子射流，這與我們所知道的一致。但隨後，它們會引入一個快速移動的衝擊波，衝擊波會進入這個膨脹的射流中，隨著介質密度（和其他特性）的變化，衝擊波會把比光速慢的移動，加速到比光速快的移動。
- 在這幅圖中，布拉扎加速質子產生π介子，產生中微子和伽馬射線，也會產生光子。雖然你可能認為以光速運動的粒子和以光速99.99999%運動的粒子之間的差別不大，但後一種情況是非常有趣的，因為它們是在介質（或具有不同介電常數的介質）中進出，當粒子在特定介質中開始比光移動得快時，你可能會感覺特別震驚。
問題是，當粒子通過一種介質時，不管是快於光速還是慢於光速，它們都會發射出輻射。如果移動速度超過光速，就會產生切倫科夫和碰撞輻射。如果比光移動得慢，就會產生康普頓輻射（電子/光子散射）或同步輻射。
如果既有切倫科夫輻射，又有康普頓輻射，這意味著粒子在一段旅程中，通過介質的速度比光慢，在另一段旅程中通過介質的速度比光快，你應該看到到達地球的伽馬射線的兩組光曲線特徵。
- 較慢的光輻射應該表現出時間向前信號：早先發生的事件較早到達，稍後發生的事件稍後到達，輻射比信號傳播得快。
- 但是，快於光的輻射應該產生一個時間反轉的信號：隨後發生的事件較早到達，而發生的事件較早到達，信號比輻射傳播得快。
看看下面的動畫，看看這是為什麼。
- 這個動畫展示了當一個相對論的帶電粒子在介質中比光移動得快時會發生什麼。這種相互作用使粒子發出一種稱為切倫科夫輻射的錐形輻射，這種輻射取決於入射粒子的速度和能量。探測這種輻射的性質是實驗粒子物理學中一項非常有用和廣泛的技術。
在這裡，你可以看到一個粒子在介質中比光移動得快。粒子與介質相互作用，在每個點產生光信號，光信號從粒子所在的位置向外傳播。但即使光以光速移動，粒子也能移動得更快，因為我們處於一個介質中。你探測到的光，沿著最後一幀中顯示的波前，總是在粒子後面。
這意味著最先到達的信號將是最後一個被髮射的信號，而最後到達的信號將是第一個被髮射的信號：這與我們的傳統經驗正好相反。如果它是一個拳頭朝你的臉而不是一個粒子，首先你會感覺到衝擊，然後你會看到拳頭就在你的前面，迅速地遠離你。這隻能在介質中實現。在真空中，光速總是贏得每場比賽。
- 哈基拉（Hakkila）和尼米洛夫（Nemiroff ）論文中的圖 1 說明了接收的 GRB 脈衝（左側、橙色）和最適合它的單調曲線（黑色曲線，左側）。當你從實際信號中減去曲線時，你得到殘差，並且部分信號看起來是餘數的時間倒數。這就是“亞光速脈衝變超光速”的想法的由來：來自於對數據的擬合。
伽馬射線爆發由多個脈衝組成，看起來像尖峰，上升迅速，然後下降得更慢一點。這些脈衝由稱為殘差的額外較小信號連接，並顯示出複雜性。然而，詳細的研究表明，脈衝殘差不是獨立的，而是相互鏈接的：有些殘差是其他脈衝的時間反轉殘差。
這是哈基拉（Hakkila）和尼米洛夫（Nemiroff ）提出的新模式試圖解釋這一現象，為什麼我們觀察到在介質中粒子速度超過介質光速。
源自這兩個階段的脈衝具有重疊的到達時間，我們如何在信號中看到這種類似反射的行為，只有通過分解。這也許不是最終的答案，但它是人類迄今所遭遇的這種無法解釋的現象的最好解釋。
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