超光速魅影
作者：苗千
蝴蝶星云（M2-9）人马座美丽的行星状星云
很多人都试过用一支激光笔在墙上产生的光点去逗家里的小猫。如果你拿着一支启动的激光笔，只需要手腕轻轻摇晃，就能看到一个光点在房间里到处乱晃，小猫看到了会兴奋地过去捕捉那个光点，但它跑得肯定没有那个光点移动的速度快。可以想象，当我们在一个房间里手拿一支激光笔到处挥舞的时候，激光在墙壁上形成的光点移动速度要比我们手臂晃动的速度更快，房间越大，我们看到的光点的移动速度也就越高——那么，当房间足够大，比如说，屋顶的高度是地球到月球的距离，那时光点移动的速度是否有可能超过光速？
物理学家看到“超光速”这个词总会变得更加审慎，因为狭义相对论规定了宇宙中最快的速度就是无质量的光子在真空中运行的速度，没有任何物质的运动速度能够超越它。但实际上在刚才提到的这个情况中，从地球发射到月球表面的一个“光点”的移动速度确实可以超越光速，只要快速地抖动手腕，每个人都可以做到。这个现象此前曾经被研究过，被称作“超光速剪刀”，意思是如果有一把非常非常长的剪刀，那么当一个人握住手柄开合这把剪刀的时候，剪刀的刀尖速度就可能在数字上超过光速。实际上，虽然剪刀无法超过光速，但“光点”并不是任何实际的物体，狭义相对论中所限定的速度极限是任何单个粒子的速度，而人们所看到的光点，实际上是由大量的光子束所构成的一个视觉现象，即使它“运行”的速度超过了光速，实际上也没有任何一个单个的光子超越了光速，这种现象并不违反狭义相对论。如同在电视屏幕上的影像也可以“超光速”运动，但是实际上，电视图像只不过是由光子形成的影像而已，并没有任何实际的运动产生。
2015年1月初，在美国西雅图举办的第225届美国天文学会大会上，来自密歇根理工大学的物理学家罗伯特·涅米罗夫（Robert J. Nemiroff）对于这个现象进行了深入的研究，这位曾经在美国航空航天局戈达德太空飞行中心工作的物理学家认为，在理论上人类有可能利用这种快速扫动出现的“超光速光点对”进行高精度的太空探测。他在会议上发表演讲并在网上发布了论文《在天文学场景中的超光速光点对：扫动的光束》（Superluminal Spot Pair Events in Astronomical Settings:Sweeping Beams），提出了一个在理论上可行的天文学探测新方法：当一个“超光速”的光束扫过一个凹凸不平的物体（比如说月球或是小行星）的表面，在某种特定的情况下，会出现一对行进方向相反的光子对，并可以被人们感知，这个现象可以被利用进行天文学探测，揭示出被光束扫过的物体表面的三维信息，这篇论文迅速吸引了人们的关注。
光点和阴影“运动”的速度都可以超过光速，这种现象在宇宙中并不少见，例如日食现象，星际尘埃遮挡住恒星的光芒，甚至是被高速转动的脉冲星发出的辐射所扫过的天体，只是人们无法利用这种现象进行超光速通讯。作者在论文中分析，当光束的“移动”速度从超光速降到光速以下时，就可能发出闪光，涅米罗夫把他所描述的这种闪光称为“光爆”，这是为了与“音爆”相对应——当一个物体自身的运行速度超过了它自身制造出的声音传播的速度，就会发生音爆现象，这时会产生出冲击波并发出巨大的响声，涅米罗夫认为，光爆与音爆的产生机制非常类似。这种描述很容易让人们联想起熟悉的切伦科夫辐射（Cherenkov Radiation），在介质中当电荷的运动速度超过了介质中的光速，就会发射出一种电磁辐射，这种现象也与音爆有类似之处，但其实质与涅米罗夫描述的现象完全不同。
涅米罗夫在论文中解释，当一束光线扫过一个并不平滑的天体，并发生了漫发射——光线在天体的表面上被向各个方向反射，这样一个观察者不需要处在一个特殊的位置就可以观察到这个光点，比如说一个激光的光点扫过凹凸不平的月球表面，那么光点扫过月球的时间与光到达表面不同深处的时间相互联系，进而有可能发生光爆现象。
美国物理学家罗伯特·涅米罗夫
在理论上，假设光线只沿着直线前进，每次扫动物体表面每个位置都只被照射到一次，那么当人们希望探测一个飞临地球的小行星时，科学家们可以利用一个光束以每秒钟几千次的速度迅速扫过这个小行星的表面，而当光点所“移动”的速度相对于观察者来说由超光速降到光速以下时（比如天体表面出现一个凸起），就可能产生出一个闪光，而同时人们可以利用一个高精度的天文望远镜去探测这些闪光并且进行分析，就可能获得这个小行星表面的高精度三维模型。涅米罗夫认为，实际上这种因为光爆产生出的闪光在宇宙中并不少见，有的甚至可以持续几周的时间，只是从来都没有人注意到这个现象而已。
人们也有可能在宇宙中观察到自然产生的光暴现象，在麒麟座扇形的NGC 2261变光星云中，在恒星R Monocerotis和星云之间由于高速运动的星际尘埃的遮挡而在星云上形成阴影，使星云看起来时明时暗，在这种情况下就有可能形成长达数周的光爆现象。除了变光星云，雷米诺夫认为在行星状星云中因为星际尘埃的遮挡，也有可能出现超光速光点对，还特别列举了在螺旋星云NGC 7293，猫眼星云NGC 6543和双极行星状星云M2-9中都有可能出现超光速光点对。
目前，还没有任何“超光速光点对”被发现过，作者认为，一方面是因为此前人们并没有意识到这个现象，另外一方面，想要对这个现象进行反复的观察在实验上也有非常大的困难。在未来，如果人们可以控制扫动的光线，对于一个目标进行反复扫动，就有可能获得这个天体的详细三维地图，人们可以对这个天体以各种速度、各种角度，进行反复的扫射，直到出现超光速光点对，这种方法也就有可能在未来成为一种天文学探测的新手段。这种方法是否可行，还需要实际的实验，一个天文望远镜，能否捕获在天体表面的闪光，也涉及各种各样的实际问题，重要的是，天体物理学家们可能由此多了一个研究遥远天文现象的新思路。
（本文写作参考了美国密歇根理工大学网站的介绍） 科学天文宇宙光速运动探测星云