本文转自（光明网）
光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是自然界物体运动的最大速度。光速与观测者相对于光源的运动速度无关。
光速被认为是物理学领域最基本的常数，但它可能并不总一成不变。这一具有争议性观点的变化可能会推翻宇宙知识的标准模型。
1998年，英国伦敦大学学院的Joao Magueijo提出，光速可能会变化，这样可以解决宇宙学家所谓的地平线问题。该观点认为，宇宙在出现载热光子（以光速传播的可抵达宇宙所有角落的光子）之前很久就达到了均匀温度。
解释这一谜题的标准方式是一种被称为暴胀的观点，该观点认为宇宙在早期经历了短时间的迅速膨胀，因此当宇宙缩小后温度逐渐降低，然而它随后突然增长。但人们并不知道暴胀为什么开始或结束。因此Magueijo一直在寻找选择方法。
而在2016年11月28日发表于《物理学评论》一篇论文中，Magueijo和加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi提出了一个可以验证的新观点。他们认为，在宇宙早期，光和引力以不同速度传播。
该团队表示，如果光子在大爆炸后速度比引力快，这将会让它们到达足够远的距离，使宇宙更快地达到恒温状态。让Magueijo激动的是，这一观点对宇宙微波背景（CMB）做出了具体的预测。充斥整个宇宙的这种辐射在大爆炸之后形成，含有宇宙当时状态的“化石”印迹。
在Magueijo and Afshordi的模型中，CMB的一些特定细节反映了光速和引力速度随着宇宙温度的变化而变化。他们发现，在一个特定点上，当光速和引力速度的比例迅速达到无穷大时，有一个突然的变化。这修改了光谱指数的数值，该指数用于描述宇宙中初始涟漪的密度，约为0.96478，这一数值可以通过未来的检测验证。由绘制CMB的普朗克卫星在2015年报告的最新数据将光谱指数定位0.968左右，这非常接近上述数值。
如果有更多数据表明这一匹配是错误的，那么它将可以被摒弃。“那将会很好，我不会再思考这些理论了。”Magueijo说，“关于光速可能会与引力速度一起变化的整个理论将会被排除。”
然而没有哪种验证方法可以完全排除突然膨胀，因为它不会做出具体预测。“突然膨胀理论仍有巨大的可能性，这使得验证这一观点非常困难。”英国卡迪夫大学的Peter Coles说：“它就像是要把果冻钉入墙内那样难。”他补充说，这使得探索光速变化的各种选择方案更加重要。
澳大利亚悉尼新南威尔士大学的John Webb在这些可能会变化的常数方面研究了很多年，他表示Magueijo和Afshordi的预测“令人印象深刻”。“能够验证的理论是个好理论。”他说。
光速究竟有多快？
日前牛津大学物理系学生杰克·弗雷泽（Jack Fraser）在在线问答网站Quora上作出回答：科学家们压根就没测量过光的速度，但他们非常清楚光速是多少：不多不少正好是299792458米/秒。
为什么科学家们没有测量过就能很清楚地知道光的速度呢？因为这个数值压根就是由科学家们定义的。在此基础上我们定义了秒，接着又定义了米，而科学家们需要做的就是测量米的长度。
那么到底有没有办法真的去测量一下光的速度呢？方法其实很简单，t=0情况下面向一面镜子释放一道光脉冲，然后你只需要测量一下光脉冲回来的时间就可以了，这实际上这就是雷达/声纳系统工作的原理。
“米”的概念最初定义于法国大革命后，大约是在1799年，当时米被定义为赤道与极点之间距离的千万分之一。1889年“米”的长度得到正式定义，为此科学家制作了一根铂杆，两端之间的距离被定义为一米。接着人们觉得这种定义方法太过烦人，所以人们先定义光速，接着用光速来定义米，如今米的定义变成一秒钟时间内光在真空中行程的1/299792458。
穿越虫洞或成真：科学家寻找超光速旅行新捷径
虫洞是科幻小说中经常出现的主题，这种时空隧道常常被用来进行星际旅行和时间穿越。小说的描写有多少真实成分呢？答案可能比你想象的要多。科学家正在寻找利用“可穿越虫洞”（如果存在的话）进行超光速旅行的方法——甚至可以进行时间旅行。
物理学家埃里克·戴维斯（Eric Davis）说：“一个可穿越虫洞就是一个超空间隧道，又被称为‘咽喉’，连接着宇宙内极其遥远的两个区域，或者两个宇宙——如果其他宇宙存在的话，又或者是时间旅行中的两个不同时期，或空间中的不同维度。”
戴维斯是Tau Zero基金会的成员之一，擅长时间—空间领域的研究。他利用爱因斯坦广义相对论衍生出来的公式思考可穿越虫洞、曲速引擎和时间机器存在和设计的可能性（或者不可能的理由）。
建造一个虫洞
虫洞是数学家路德维希·弗拉姆（Ludwig Flamm）于1916年第一次提出的，当时他正醉心于爱因斯坦广义相对论中描述引力导致时空弯曲的公式。加州理工学院的物理学家基普·索恩称，尽管这些时空隧道是一个迷人的理论可能，但科学家还没有就虫洞是否能在自然中存在达成共识，目前也没有探测到任何的虫洞。
索恩及其一些同事的研究还表明，即使一个虫洞出现了，它很可能会在一个物体（或者人）穿过的时候出现塌缩。要使虫洞打开的时间足够长，它需要某种折叠，但普通的物质无法完成这项工作——它需要一种“非同寻常的材料”。
戴维斯说：“暗能量是自然存在的奇特材料，它的负压强能产生反向的引力作用，将我们宇宙内部的空间向外推，从而使宇宙出现膨胀。”除了暗能量，科学家已知的另一种奇特材料是暗物质，其总量是我们常说的物质的五倍。到目前为止，科学家还无法直接探测到暗物质或暗能量，关于它们的很多性质依然未知。不过，科学家可以通过观察它们对周围空间的影响来了解更多的信息。
塞浦路斯东地中海大学的Ali称，虫洞有可能会在存在暗物质的地方形成，因此它们可能存在于银河系外围的区域，或者其他星系之内。Ali正致力于证明虫洞可以存在于暗物质密集的地方。他和同事进行了计算机模拟，表明在暗物质集中的星系晕中如果存在虫洞，可以符合科学家认为所需的物理条件。“但这只是数学证明，”Ali说，“我希望有一天它能找到直接的实验证明。”
那么，当一个人或一艘太空船穿过虫洞时会发生什么呢？
“什么都不会发生！可穿越虫洞的时空几何学要求没有任何险恶的、无法忍受的引力潮汐力作用在太空船及其乘客身上，当他们穿过虫洞时，”戴维斯说道，“他们会在地球附近的出发点进入‘咽喉’，穿过虫洞，出现在目标星体附近的另一侧。”由于这些理论上的通道穿越了时空，因此从外界观察者的角度看，宇航员似乎进行了超光速旅行。然而，从宇航员自己的视角上，他们并未真正地超过光速——他们只是抄了一条近道。
在科学家利用虫洞之前，他们首先需要找到虫洞。到目前为止，科学家还没有任何发现。然而，如果虫洞确实存在，在时空中定位它们的存在可能远比听起来的困难得多。“就像电影《星际穿越》（Interstellar）里呈现的那样，未来世界里，可能会有一些间接观察的实验。”Ali说道。
基于虫洞理论，Ali把透过虫洞进行窥视比作路易斯·卡罗的小说《爱丽丝镜中奇遇》（Alice's glimpse through the looking glass）里面的场景。虫洞另一端的空间区域可能会呈现在虫洞入口处，就像曲面镜反射时造成的扭曲。另一个指示的迹象是，光线会在穿过虫洞的时候集中起来，就像风吹过一个自然隧道一样。
戴维斯将虫洞近端可能出现的景象称为“彩虹散射效应”（rainbow caustic effect），这种效应能在相当远的距离上观察到。“天文学家正计划利用望远镜寻找这些彩虹散射，从而找到自然出现，或者可能是外星人制造的可穿越虫洞，”戴维斯说，“我还没听说这一计划是否开始进行。”
时间旅行
作为虫洞研究的一部分，基普·索恩还提出了一个思想实验，将虫洞作为一种时间机器。有关时间旅行的思想实验常常陷入悖论之中，其中最著名的或许就是“祖父悖论”：如果一个人回到过去并杀死他/她的祖父，那这个人就无法出生，也就无法像开头那样回到过去。这似乎意味着回到过去的时间旅行不可能实现，但据戴维斯的说法，索恩的工作为科学家的探索提供了新途径。
戴维斯说：“一个完整的理论物理学领域在那之后诞生了，并发展出其他能因果自洽并解决悖论的时空技术。”尽管对科幻小说迷（以及那些希望改变过去的人）来说，利用虫洞进行时间旅行是个十分诱人的想法，但戴维斯称，目前的理论显示，要想制造一个虫洞时光机，那虫洞的一端或者两端将需要加速到接近光速。
“建造一个虫洞时间机器会极其困难，”戴维斯说，“而利用虫洞在恒星间进行超光速星际旅行就相对简单得多。”其他物理学家也提出，利用虫洞进行时间旅行可能会带来极大的能量积累，并在被用作时间机器之前摧毁虫洞——这一过程被称为量子反作用（quantum back reaction）。
无论如何，探讨这种可能性还是很有趣的。“思考人们所能做到的所有可能性，以及如果他们能时间旅行会造成什么结果，”戴维斯说，“退一步说，他们的冒险将非常有趣。”
中国科学家实现让信息以1.9倍光速传输
中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室李传锋教授研究组首次研制出非局域量子模拟器并模拟宇称-时间（Parity-time，PT）世界中的超光速现象。该成果首次展示了非局域性在量子模拟中的作用，完成了经典计算机无法模拟的任务，该成果在线发表在英国《自然·光子学》杂志上。
量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机，它最初由费曼于1981年提出。他认为自然界本质上是遵循量子力学的，只有用量子模拟器才能更好地模拟它。本成果首次揭示量子模拟器的另一个重要优势，即量子非局域特性。研究组构建的非局域量子模拟器可以用来研究一些量子物理基本问题，对这类问题经典计算机在原理上是无法求解的。
宇称-时间（PT）对称理论是由美国物理学家卡尔·班德等人于2002年对量子力学进行推广而提出的。量子力学是基于一系列假定的，那么其中哪些假定可以放宽呢？班德等人认为哈密顿量的厄米性假定要求过严，可以放宽到用PT对称性假定代替，即假定哈密顿量具有空间—时间反演对称性。根据这一理论，我们现在认识的量子世界只是PT世界的一种特殊情况（具有厄米性）。
李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的PT世界。他们将纠缠光子对分发到两个相距25米的实验室构建非局域量子模拟器。除了纠缠光子对外，他们的量子模拟器还由一系列量子逻辑门及一个后选择操作构成。通过后选择（成功几率50%），他们使纠缠光子对中的一个光子进行PT对称演化。量子模拟结果表明，利用量子纠缠“幽灵般的超距作用”，光子的PT对称演化能使信息以超过1.9倍的光速从一个实验室传输到另一个实验室。当然进一步的结果证实，如果考虑整个系统（包括成功部分和失败部分），则总体信息的传输速度是不能超过光速的。
本成果同时揭示出了两个基本而有趣的问题：一是在现实世界中能否找到符合PT对称演化的量子系统，一旦找到则意味着有可能进行超光速通讯；二是在“幽灵般的超距作用。
与超光速通讯之间，是否能容下一个比量子力学更基本的理论。
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