神秘粒子以光速的7倍向地球飞来?爱因斯坦的棺材板压不住了
匪夷所思的"超光速"现象。
M87星系中心黑洞产生的喷流。在观测高能天体物理学事件产生的粒子流时,天文学家有时会发现它们在作"超光速运动"。 NASA
光速是这个宇宙中最牢不可破的铁律。相对论认为,宇宙中的任何物体运动速度都不可能超过真空中的光速。但是人们偶尔也会在宇宙中发现匪夷所思的"超光速"现象。
最近一些天文学家就发现,一对距离地球1.4亿光年的中子星,在合并过程中竟然产生了以超光速飞行的高能粒子流!
这对中子星之所以受关注是因为它们合并触发的引力波于2017年8月17日扫过了地球(即编号为GW170817的引力波事件)。那是人类第一次探测到中子星而非黑洞合并产生的引力波。
在全方位的跟踪观测中,天文学家发现这对中子星合并后产生了高能粒子流,且这些粒子的飞行速度看上去竟然是光速的7倍。
直觉告诉我们这不可能。直觉是对的。尽管也有少数人认为超光速运动确实存在,但是大部分科学家相信它实际上是一种错觉,是一种名叫"光学超发光运动(optical superluminal motion)"的幻像,且其原理相当简洁。
"光学超发光运动"现象在宇宙中偶有发生,多出现在那些能够产生近光速喷流的天体身上或天体事件中。
引发错觉的原因,与粒子的飞行速度和飞行方向有关。这些粒子的飞行速度极快。以GW170817为例,其产生的粒子飞行速度达到了光速的99.97%。这么快的速度导致了一个后果,即当它们其中一部分面向我们飞来时,因为和地球的距离在持续缩短,我们看到的每一次闪光到达地球所需的时间也会持续缩短。
如此一来,如果我们在观测这些粒子,测算它们的运动速度时,误以为所有这些粒子和地球之间的距离不变,便会低估闪光发生的时间间隔,高估其飞行速度,产生错觉以为它们正在以数倍于光速的速度运动。
参考
Optical superluminal motion measurement in the neutron-star merger GW170817
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05145-7.epdf
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