在探索频道的《探索任务》节目中，了解阿尔伯特·爱因斯坦是如何发现时间是相对的，即当物体以光速或接近光速运动时，距离会拉长，时间会变慢。
发现
爱因斯坦狭义相对论的一个原则是，真空中没有任何物体的速度能超过光速。光速被认为是万物的普遍速度极限，这一观点被科学界广泛接受。但在科学领域，如果有一个严格的规则，就会有人试图去反驳它，或者至少找到一个漏洞，光速也不例外。
真空中的光大约以每秒299,792千米（每秒186,282英里）的速度传播。2011年9月，从事乳胶径迹装置振荡项目（OPERA）的物理学家在宣布他们的实验结果时，在科学界引起了轰动。他们发现被称为中微子的亚原子粒子从瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究组织（CERN）传播到意大利拉奎拉附近的格兰萨索国家实验室，比一束光提前约60纳秒到达。关于这些中微子如何真的打破光速，或者是什么错误导致了这个不可能的结果，众说纷纭。最后，包括电缆松动在内的设备问题被发现可能是罪魁祸首，结果被判定是错误的。所以不需要重写爱因斯坦的理论。
其他研究人员试图扭曲规则而不是打破它们。事实上，弯曲时空是一种关于如何在太空旅行中达到超光速（比光速快）的理论。其想法是，时空可以在飞船前方收缩，在飞船后方膨胀，而飞船在一个自身比光速还快的曲速泡中保持静止。这个概念最初是由墨西哥理论物理学家米格尔·阿库别瑞在1994年作为一种理论可能性提出的，但这需要宇宙量级的负能量来为这种现象提供动力。后来这一要求被修正为行星量级，再后来被修正为大约旅行者1号太空探测器的量级。不幸的是，这种负能量必须来自难以获取的奇异物质，而我们目前只处于曲速驱动的微型实验室实验阶段。这些理论背后的数学基于相对论定律，所以理论上这不会违反规则。如果这种技术存在，也可用于低于光速但比我们现在能达到的速度快得多的飞行，这可能更实用。
太空旅行只是达到或超过光速的可能应用之一。一些科学家正在为了实现更快的数据传输而进行相关研究。继续阅读以了解当前的数据速度以及超光速信息传输的潜力。
数据能以光速传输吗？
目前，我们的大多数数据通过铜线或光纤电缆传输。即使我们通过手机以无线电波（其也以光速传播）发送数据，最终也会在某个时刻通过互联网的有线网络传输。用于长距离信息传输的两种最常见的铜线类型是双绞线（最初用于电话，后来用于拨号上网和数字用户线路（DSL））和同轴电缆（最初用于有线电视，后来用于互联网和电话）。同轴电缆的速度更快，但光纤电缆的速度更快。光纤电缆不是用铜以电信号形式传导数据，而是以光脉冲形式传输数据。
前文中关于光速的“在真空中”这一参考条件很重要。光纤中的光不如真空中的光快。光在几乎任何介质中传播时，都比我们所知的作为光速的普适常数要慢。在空气中这种差异可以忽略不计，但光在其他介质（包括构成大多数光纤电缆芯的玻璃）中会显著减速。介质的折射率是真空中的光速除以介质中的光速。所以如果你知道其中两个数字，就可以计算出另一个。玻璃的折射率约为1.5。如果你用光速（大约每秒300,000千米，或每秒186,411英里）除以这个数字，得到大约每秒200,000千米（每秒124,274英里），这就是光在玻璃中的近似速度。一些光纤电缆由塑料制成，其折射率更高，速度更低。
速度降低的部分原因是光的波粒二象性。光具有粒子和波的属性。光实际上是由被称为光子的粒子组成的，它们在电缆中不是直线传播的。当光子撞击材料分子时，会向各个方向反弹。光的折射和介质的吸收最终会导致一些能量和数据的损失。这就是为什么信号不能无限传播，必须定期增强以覆盖长距离的原因。然而，光的减速并不全是坏消息。在光纤中添加一些杂质可以控制速度并有助于有效地引导信号。
光纤电缆仍然比铜线快得多，并且不易受到电磁干扰。光纤可以达到每秒数百吉比特甚至太比特的速度。家庭互联网连接无法达到这些超高速度，至少部分原因是整个区域的许多家庭共享布线，而且即使是使用光纤的网络，通常在最后一段接入家庭时也会使用铜线。但是，如果光纤一直铺设到你的社区或家庭，你可以获得每秒50到100兆比特的数据传输速度，相比之下，普通DSL线路为每秒1到6兆比特，有线电视为每秒25兆比特左右。当然，实际的数据速度因地点、供应商和你选择的套餐而有很大差异。
还有其他因素会导致信号延迟（如你访问网页或下载数据时所需的来回通信（握手））。你的计算机和存储数据的服务器进行通信以确保它们同步并且数据传输成功，这会导致延迟，尽管这种延迟是短暂且必要的。数据需要传输的距离也会影响到达目的地所需的时间，并且数据在到达目的地的途中可能会在任何硬件和电缆处遇到额外的瓶颈。一个系统的速度取决于其最慢的组件，在看似（但实际上并非）即时通信的时代，每毫秒都很重要。
最近通过减少干扰等技术在以接近光纤速度的铜线传输数据方面有了突破。研究人员也在研究通过空气传输光数据，例如使用灯泡实现WiFi功能，或者在建筑物之间传输激光束。再次强调，空气中的光确实接近光速传播，但我们现在还没有任何东西能超过这个速度极限。我们能实现真正的超光速传输吗？
亚历山大·格雷厄姆·贝尔的无线电话
使用光纤电缆并不是利用光进行数据传输的首次尝试。亚历山大·格雷厄姆·贝尔本人发明了光电话，这本质上是第一部无线电话，但使用的是光而不是现代手机使用的无线电波。它的工作原理是将声音投射到镜子上，使镜子振动。太阳光从振动的镜子上反射到硒接收器中，硒接收器将其转换为电流以便通过电话（他最著名的发明）进行传输。它的主要缺陷是需要直射阳光，所以云或其他物体可能会阻挡信号。更不用说在半夜打电话了。但它确实有效，并且是光纤的前身。
超光速数据传输的可能性
此图展示了四波混频的过程。激光的种子脉冲与泵浦光束一起被送入含有铷原子蒸气的加热单元中，铷原子蒸气会放大种子脉冲并使其能够实现超光速。
图片由美国国家标准与技术研究院（NIST）提供
美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家声称已经使用一种叫做四波混频的方法实现了量子数据的超光速传输，顺便说一下，四波混频是一种在光纤线路中被视为干扰形式的现象。该实验涉及将一个200纳秒的短种子脉冲通过加热的铷蒸气，同时发送一个不同频率的第二个泵浦光束来放大种子脉冲。来自两个光束的光子与蒸气相互作用产生第三个光束。显然，放大后的种子脉冲和新产生的脉冲的峰值可以比在真空中以光速传播的参考光束更快地射出。他们报告的速度比真空中的光速快50到90纳秒。他们甚至宣称能够通过改变输入种子失谐和功率来调节脉冲的速度。
另一种正在研究的快速数据传输技术是量子隐形传态，它依赖于纠缠对的存在：两个相互协调的粒子，以至于如果你测量其中一个，无论它们彼此相距多远，另一个都会具有你在第一个粒子中发现的相同性质。这还需要一个包含你试图传输的实际数据位的第三个粒子。可以说，使用激光将纠缠粒子中的一个隐形传送到其他地方。这并不是真正地传输一个光子，而是将一个新光子转变为原始光子的副本。纠缠对中的光子可以与第三个光子进行比较以找出它们的相似性或差异，并且该信息可以被传送到其他位置并用于与孪生粒子进行比较以获取数据。这听起来像是会导致即时传输，但事实并非如此。激光束只能以光速传播。但这对于通过卫星发送加密数据以及构建量子计算机网络（如果我们能发明量子计算机的话）有潜在应用。而且它比任何超光速数据传输的尝试都更先进。目前它可以在数英里的距离上工作，研究人员正在试图增加隐形传态的距离。
目前，有意义的信息是否能超光速传播的答案是否定的。我们目前只是处于以可能超过光速的速度移动几个量子粒子的水平，如果在后续实验中数据得到证实的话。为了拥有一种实际可应用的数据传输形式，你必须能够将有意义的、未受损的有序数据位发送到能够解释它的另一台机器。否则，世界上最快的传输也毫无意义。但可以肯定的是，如果光速被打破，我们将更快地把它应用于互联网传输而不是星际旅行。我们观看最高质量电视和以最快速度上网冲浪的能力将是至关重要的。也许为了这些目的，即使达到真正的光速传输也会创造奇迹。
常见问题解答
信息有可能比光传播得更快吗？
不，信息不可能比光传播得更快。
作者注
物理学是一门非常迷人的学科，它试图找到宇宙中万物运行的答案。如果没有物理学研究，我们可能不会有很多现代便利设施，例如那些需要电力的设施，或者依赖任何种类波的行为的设施（几乎所有形式的长距离通信都是如此）。你现在肯定不会正在阅读这篇文章。如果不理解物理定律，搬运钢琴会更困难，电子游戏不会那么有趣（或者根本不存在），卡通动画师也不知道该违反哪些定律来让我们发笑。而且我们肯定不会涉足太空，如果我们通过天体物理学或敏锐的观察者发现一颗毁灭行星的小行星正朝我们飞来，涉足太空将是我们需要的能力。此外，要为数学在使物理学研究成为可能方面点赞。我将继续坐享世界上所有辛勤工作的数学家、物理学家和工程师所带来的成果。
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