光速可能沒那麼快

　　如果光速比我們現在認爲的慢，那麼就意味着所有基於光速測量的天文數據都將是錯誤的。

　　充滿謎團的超新星

　　1987年2月24日的早晨，深藏在意大利北部勃朗峯下的中微子探測器突然探測到了一股中微子爆發。大約3個小時之後，世界其他各地的中微子探測器也探測到了類似的中微子爆發。又過了大約4.7小時之後，天文學家在環繞我們銀河系運行的大麥哲倫星系中，發現了一顆質量約太陽18倍的超大恆星(按分類屬於一種藍超巨星)突然爆炸了，變得比以前更亮，並向周圍拋出大量物質，也就是說發生了一場超新星爆發。天文學家才明白之前的中微子爆發是由這顆超新星產生的。目前，這顆被命名爲“SN 1987A”(“SN”是超新星的意思)的超新星，已經成爲科學史上研究最詳細的超新星。

　　據測算，SN 1987A距離我們大約16.8萬光年，也就是說，這次爆發是在16.8萬年以前。但是，有一個謎團始終沒有解開。一般認爲，中微子和光子在真空中運動的速度都是光速，它們應該同時到達地球纔對。可事實卻是，首先出現了相隔3個多小時的兩股中微子爆發，之後過了大約4.7小時纔出現光信號。問題來了，是什麼原因導致了光子比第一股中微子爆發晚到了大約7.7個小時?

　　根據現有的有關超新星的研究結果，科學家認爲，超新星的爆發是從星體內核坍縮開始的，這裏會產生大量的中微子和光子。然而，內核的高密度物質會拖慢光子的射出，對於SN 1987A，會拖慢大約3個小時。相反，中微子跟其他物質的相互作用極其微弱，所以它一旦出現就會立刻向外輻射出去。另外，許多天體物理學家還相信超新星會發生第二次坍縮，會產生另一股中微子爆發。所以這就是爲啥在地球上會檢測到兩股中微子爆發。

　　但是這裏還是有一個問題，光子應該在第一股中微子爆發之後3小時抵達地球，而不是第二股中微子爆發之後4.7小時。由於缺乏相關的解釋，天體物理學家只把這個現象當成一個巧合事件而已，儘管這種巧合事件發生的概率微乎其微。

　　光速可能沒那麼快

　　最近，來自美國馬里蘭大學的物理學家詹姆斯・弗蘭森對這個謎團提出了一個新的解釋。他利用量子理論，計算了光在穿過由銀河系產生的引力場時的運動速度，發現真空中的光速可能沒有過去認爲的那麼快。

　　弗蘭森認爲，研究這個超新星問題，不能忽略光子在引力場中的量子效應。他的分析過程如下：一個光子在空間中穿行時，它有一定的概率變成電子-正電子對，這個電子-正電子對只能存在很短的時間，所以說它們是一對虛粒子(虛粒子是指存在於極短的時間以及空間裏、永遠不能直接檢測到的、但其確實存在可測量效應的粒子)。然後它們在合併在一起再次變成光子繼續前進。

　　因爲電子-正電子對是有質量的，所以引力場會對它們有影響。粗略地講，引力場會改變電子-正電子對的能量，會對之後所形成的光子能量產生一個小的改變，其結果是光子的角頻率和動能產生一個小的修正，最終總體效應會拖慢光的速度。相反，中微子卻不會受到這種效應的影響，因爲它們要想變成虛粒子對得通過弱相互作用力來發生，然而這種效應極其微弱，所以可以忽略。因此中微子可以以光速運動。弗蘭森計算了當光子從SN 1987A抵達地球時因這種作用產生的延遲。這些光子會受到銀河系、太陽和地球的引力影響，經過計算發現，在地球的引力場內光速的變化比(光速的變化比上原來的光速)爲-6.6×10-13，在太陽的引力場內爲-1.01×10-11，在銀河系的引力場內爲-4.3×10-9。前面兩個變化比很小，可以只考慮銀河系的引力場。另外SN 1987A所在的大麥哲倫星系總體質量並不大，也可以忽略其引力作用。這樣，弗蘭森計算的結果就是，光子正好會在第二股中微子爆發之後4.7個小時抵達地球。