突破光速限制？通信速度能否超越宇宙最快傳播速率
我能超光速通訊嗎？（高階）
很棒的網站！我是一名剛從加州大學伯克利分校畢業的學生，主修數學和經濟學雙學位。不過我也很喜歡在課外閱讀科學類話題，所以來到了這裡。
我的問題是關於《"宇宙如何在暴脹期間以超光速膨脹？"》這個回答的。該回答由Kristine Spekkens撰寫，其中提到信息無法以超光速傳播。我不太確定"信息"具體指什麼，但我構思了一個思想實驗，似乎與這個超光速傳播信息的論斷存在矛盾。
假設我住在地球，有個朋友住在冥王星。如果我想給他發信息，可以通過無線電傳送，但信息傳輸速度不會超過光速，需要幾分鐘才能到達冥王星。但假如現在我有一根長得不可思議的棍子，直接從地球延伸到冥王星。這時要給朋友發送信息，我只需要用棍子輕敲冥王星表面，用摩爾斯電碼就能近乎即時地傳遞信息。這樣我就實現了遠超光速的信息傳輸。
這個實驗存在什麼問題嗎？該如何解釋這個現象？
可惜的是，你設想的通過敲擊木棍與朋友交流的方式，其信息傳遞速度依然無法超越光速。當你敲擊木棍時，"敲擊動作"實質是以機械波的形式從你這一端傳播到另一端。可以通過這個實驗驗證：找一位朋友，你們相隔數英尺拉住繩子兩端並閉上眼睛。讓朋友快速抖動他手中的繩端，你的任務是在感受到抖動時立即告知對方。當距離僅數英尺時，你們會感覺反應"瞬間同步"，因爲繩波傳播速度遠超這個距離。但若換成足球場兩端進行同樣實驗，繩波需要數秒才能傳遞到你手中，此時朋友抖動繩端與你的反應就會出現明顯延遲。而當你把繩子替換成密度更大、剛性更強的材質時——就像你舉例中的木棍——其物理本質並未改變。因此，從地球到木星的"敲擊信號"必然存在時間延遲。那麼這個機械波的極限傳播速度是多少？答案正是光速！
我們可以嘗試更加迂迴的方式來實現超光速通信：假設你在冥王星上的朋友擁有一臺極其靈敏的探測器，能夠捕捉地球引力在冥王星造成的微小波動。爲了與他通信，你研發出一種能改變兩顆行星間距的技術。你的朋友通過冥王星上的儀器接收這種波動，而你則通過"擺動"地球形成某種摩爾斯電碼。這樣信息不就實現瞬時傳遞了嗎？
事實證明，答案再次是否定的：引力同樣以光速傳播！儘管尚未被直接探測到，但去年十月一項利用類星體光線在木星周圍彎曲的實驗證實，傳遞物體周圍引力場信息的引力波確實以光速傳播（不過該結論仍存在爭議，詳見此帖子的解答）。
出於人們尚未完全理解的原因，光速似乎構成了物理學各領域的基本極限——從你敲擊的棍棒材質到引力波皆然，即便在沒有使用光進行通信的情況下亦是如此。這便是我在前文回答中使用"信息"這一術語的緣由，畢竟傳遞信息的方式遠不止發送光信號這一種途徑。
而且，讓某種東西的運動速度超過光速並無妨害，只要你不通過它傳遞信息即可。最後一個例子：假設你身處座無虛席的足球場，觀衆們正在製造"人浪"。這種現象的形成機制是當你看見身旁的人起立時隨即站起，使得波浪形動作能夠環繞整個體育場持續傳播。若以此種方式製造人浪，其環繞體育場的傳播速度極限只能是光速，因爲你必須根據鄰座觀衆的動作提示（比如通過觀察其起立時機，若起立耗時過長則可改爲按鈕提示）來決定自身動作，而這種提示信號的傳遞速度無法超越光速。但倘若體育場管理者希望打造一場真正震撼的表演，給每位觀衆發放標註精確起立時間的紙條。
理論上，此時人浪的傳播速度可以無限提升，因爲你可以任意設定觀衆的起立時間。通過這種精確的時間協調，你就能製造出超光速的人浪。這是否違背了物理學最基本的定律？答案是否定的——因爲通過紙條預先告知每位觀衆起立時間所編排的人浪並不包含信息傳遞：你早已通過紙條將"何時起立"的信息提前告知了他們。極端情況下，你甚至可以要求所有人在紙條規定的時間同時起立：既然起立時間信息已提前告知，這種"無限快速"的人浪同樣完全不會違揹物理定律。而在依靠觀察鄰座動作的"真實"人浪中，"何時起立"的信息傳遞速度始終無法超越光速。
假設同一根"棍子"（地球與冥王星之間）被推拉（以摩爾斯電碼方式）而非敲擊...作爲固體，難道整根"棍子"不會同時移動嗎？顯然棍子不會以光速移動，但（在我看來）發送/接收的信息卻會以光速傳遞。
遺憾的是，你的想法依然無法突破光速限制！下次在泳池（或任何水域）時，可以站在離池邊一兩隻遠的位置用手"推"水——這個"推力"不會瞬間抵達池壁，而是需要一定時間傳導。本質上，你的推動會在水中形成機械波，將推力傳遞至邊緣。固體中的情形完全同理：雖然難以察覺，但你揮動木棍時，"推力"也是通過類似水波的應力波傳遞到另一端的，且材質越緻密，波速越快。但根據現有物理認知，固體中的機械波速上限仍是光速。因此即便改用連續推拉代替敲擊，信息傳遞速度依然無法超越光速屏障。
試圖用長棍實現超光速通訊是個相當常見的想法，但這行不通。
BY: Kristine Spekkens
FY: 多糖小星星
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