光速可以被逾越？科学家观察到黑洞喷射物达9.6倍光速，怎么回事

凭据2020年3月2日公布于《自然天文学》杂志的一篇文章，一个天文学家团队观察到了一个黑洞的喷射物正在以凌驾光速的速度远离黑洞，这究竟是怎么回事呢？

爱因斯坦错了？

该黑洞被称为MAXI J1820+070，是一个黑洞X射线双星系统，是由一枚恒星和一个黑洞组成，黑洞会不停吸积恒星的物质直至恒星消亡。

被黑洞吸积的物质并没有全部进入到黑洞中，一部门会成为喷射流以靠近光速的速度从黑洞中喷射而出，科学家可以使用射电望远镜举行观察。

而凭据部署在南非的猫鼬射电望远镜观察到的数据，MAXI J1820+070喷射流喷出的最远距离是现在观察到的该类系统中最远的，而且喷射速度也似乎凌驾了光速。不外这并不意味着爱因斯坦的相对论错了，而是一种被称为视超光速运动的现象。

视超光速运动

视超光速运动是科学家马丁•里斯于1966年预言的一个效应，其内容公布于《自然》杂志211期468页。其本意或许是人们会因为星体运动角度原因，从几何上低估运动时间，高估运动速度的一种现象。详细会在文章下一节详细解释。

早在1969年，科学家就从类星体3C273中观察到超光速喷射源，而到了1977年，科学家使用甚长基线射电干预干与仪对其举行观察，发现从1977年7月到1980年7月，类星体3C273以9.6倍光速膨胀着（最后一节附图）。而到了1980年，科学家更是发现凌驾5个超光速运动的类星体。随后这些类星体的超光速行为都被确定为“视超光速运动”。

奇妙的几何

其实视超光速运动并非何等奇妙，仅仅为简朴的几何问题，本小节我会带大家详述视超光速运动的原理。注意，本段内容充斥着大量的公式，如果眼花缭乱可以光看加粗文字。本段部门数据来自于我国学者陈文聪于2009年12月揭晓的论文《类星体喷流中视超光速运动的研究》。

借用一张Radiative Processes in Astrophysics中的图。如图所示，一个物体从A点移动到B点，Oberver为视察者所在的位置，θ为物体运动偏向与视察者视线偏向的夹角，设其运动速度为v,自A到B的时间距离为t，则AB之间的距离AB=vt，记B点与C点到视察者的距离为L。显然，凭据三角函数公式，该段运动距离相对于视察者的投影BC=vtsinθ，而AC=vtcosθ。

设该物体在A点时刻（注意是时刻，可以明白为几点）为ta，在B点的时刻为tb，那么视察者吸收到A点物体发出的光的时刻ta’=ta+(L+vtcosθ)/c，而吸收到B点物体发出的光的时刻tb’=tb+L/c。

我们都知道，想盘算两个时刻之间相隔的时间只需要将晚的时刻减去早的时刻，即对于视察者来说，视觉上物体从A运动到B的时间距离t’=tb’-ta’=tb+L/c-ta-(L+vtcosθ)/c=tb-ta-(vtcosθ)/c。又可以知道对于物体来说真实的时间距离t=tb-ta，代入上式t’=tb-ta-(vtcosθ)/c=t-(vtcosθ)/c=t(1-vcosθ/c)，整理可得对于视察者来说的物体运动时间距离t’=t(1-vcosθ/c)。

由于光速与cos函数值域的限制，后面的vcosθ/c恒大于0小于1，因此可以看出，视觉时间距离t’恒小于真实时间t，因此观察者看来天体的投影速度为Vs=BC/t’=vtsinθ/[t(1-vcosθ/c)]=vsinθ/(1-vcosθ/c)，整理一下即视觉速度Vs=vsinθ/(1-vcosθ/c)。

此时sinθ为洛伦兹因子γ的倒数，γ=1/[√(1-c^2/v^2)]。通过求导我们可以获得当Vs到最大值时的θ=arcsin(1/γ)。此时获得最大速度的Vsmax=v/[√(1-c^2/v^2)]=γv。由此看来，只要速度v足够大，且偏向合适，视速度凌驾光速是一定的。详细来说，当视速度凌驾光速时，洛伦兹因子γ至少为c/v，且速度v≥√2c/2。若速渡过低，γ无限靠近于1，那么视觉速度与真实速度是没有太大差异的。

那些“超光速”的星星

下图是首个观察到视超光速的3C273在10.65GHz射电下的3年变化图。该系统是一个双射电源的类星体系统，因此可以看到两个明亮的光源在向外膨胀。

现在观察到的视超光速的射电源中，视觉速度最大到达了光速的10倍甚至20倍，其喷射流的洛伦兹因子为5-10。

现在视超光速已不是远在天边的类星体专有了，1994年，科学家在银河系中也发现了一个名为GRS 1915+105的X射电源发射出的物质喷流速度到达了1.25倍光速。凭据推测，它应该也是由一个大质量黑洞和一个恒星组成的黑洞X射线双星系统，因为与类星体同样有快速的光变和高速喷流，因此又被称为微类星体。

“逾越光速”的梦想一次又一次被现实打破，不知道人类未来能否打破相对论的束缚，脱离光速的限制，你认为呢？