三、关于光速的极限性

狭义相对论的一个重要推论，是认为真空中的光速 c 是物体运动的极限速度。根据相对论速度相加公式和动力学公式可以得出不可能使物体运动速度超过光速的结论。但是，更主要是因果律的要求，使狭义相对论作出了光速极限性的论断。因为如果允许超光速信号存在，类空分离事件之间可以建立因果联系，按照狭义相对论，在某些惯性参考系看来，就会出现结果发生在原因之前的情况。

将爱因斯坦的物理实在观与光速极限性结合起来，可以得出爱因斯坦可分隔性原理或定域性原理，它可以表述为：不存在瞬时超距作用；若没有以不大于光速的速度传递的物理信号建立联系，空间中分离的客体的实在状态是彼此独立的。

与狭义相对论的论断相反，自 70 年代以来，现代物理学的实验进展有种种迹象表明，超光速运动和超光速作用很可能是存在的。

首先，射电天文学发现，半径大于一光年的河外射电源（包括类星体和射电星系）如 3C273 等，能够在几个月之内发生整体的明亮变化。如果光速是不可超越的，河外射电源发生这种亮度变化所需要的时间就要在一年以上。十分迅速的整体亮度变化意味着射电源上存在着超光速的相互作用。

另外，克莱和克劳奇观测研究了广延大气簇射现象（1974 年），他们在英国自然杂志上报道说，在通常的簇射粒子（它们的速度接近光速）到达地面之前，实验装置已经记录到非随机信号。他们认为，这很可能是超光速粒子引起的。

当然，对于上述两种实验观测现象的解释也许不是唯一的，要断定超

光速作用存在于上述现象中，还必须做进一步的更为详细可靠和结论明确的实验。

关于超光速运动和超光速作用，特别值得提到近十多年来量子力学的基础研究中关于贝尔不等式的实验检验。

我们知道，对于量子力学，爱因斯坦和玻尔持完全不同的见解，他们为此进行了长期的争论。爱因斯坦并不否定量子力学在物理学中取得的重大进步，但是他认为，量子力学只是关于单个体系的实在状态的不完备的描述；之所以必须根据几率来解释粒子的运动，仅仅是因为某些决定运动的参数尚未找到；如果知道了这些假想的“隐参数”的数值，就能够定义和完全确定粒子的运动轨道。

为了论证量子力学的不完备性，早在 1935 年，爱因斯坦和波多尔斯基、罗森一起提出了一个假想实验（通称为 EPR 理想实验或 EPR 论证）。他们考虑两个自旋为±1／2 的粒子 A 和 B 组成的总自旋为零的体系。设在t0 之前的一段时间内两个粒子之间存在相互作用，然后用不影响每个粒子自旋的方法使其分开，当 t＞t0，二者在空间上相距甚远，不再有相互作用。按照爱因斯坦可分隔性原理，在这种情况下，对粒子 A 的测量不应当立即对粒子 B 发生任何影响。但是，量子力学预言，只要测出 A 自旋的某一分量，就能立即得知 B 自旋的同一分量值。按照量子力学理论，微观客体在测量之前一般并不处于确定的本征态，测量操作得出粒子 A 自旋在某一方向上的分量，粒子 A 本身也就进入取该自旋分量值的本征态。可是，相距甚远的粒子 B，既不与粒子 A 也不与仪器有相互作用，怎么会使自己的自旋在同一方向上立即取相反的值呢？考虑到上面的叙述对任意方向的自旋测量都成立，即可以任意改变仪器测量的方位都得到上述结论，问题就变得更为严重。这意味着仪器测量 A 自旋的事件对粒子 B 产生了影响，并且这种影响是超光速瞬时传递的。这在爱因斯坦看来是不可接受的。

爱因斯坦认为，为了消除上述悖论，人们只能肯定下述两个论断中的一个：“要么量子力学不完备，要么就必须假设存在超距作用。”我们知道，爱因斯坦断然维护了定域性原理，否定了量子力学的完备性。

为了对 EPR 论证进行实验研究，玻姆在 50 年代首先把 EPR 理想实验变成测量质子自旋和测量光子偏振关联的方案。这类实验早先由吴健雄等人做过，结果与量子力学的预言相符。

1964 年，贝尔从定域隐参数理论出发，采用定域实在论的三个基本假设（见下述），证明了一个不等式：

｜P（a，b）-P（a，c）｜≤1+P（b，c）

其中 P（a，b），P（a，c）和 P（b，c）分别表示：（1）在 a 和 b 方向；（2）a 和 c 方向；（3）b 和 c 方向上分别测量粒子 A 和 B 的自旋投影的乘积 AaBb，AaBc，AbBc 的平均值。这个关系式称为贝尔不等式。

以θ表示 a 方向和 b 方向之间的夹角（取小于π的值），由于三维空间各向同性，记 P（a，b）=P（θ），可进一步求得｜P（30°）｜≤2／3，

｜P（45°）｜≤1／2，

｜P（60°）｜≤1／3。

贝尔采用的定域实在论的三点基本假设是：第一，实在论，即认为所观察现象的规律性是由某种独立于观察者之外而存在的物理客体引起的；

第二，归纳推理法，即认为可以自由运用归纳推理法从一贯的观察中得出合理的结论；第三，爱因斯坦可分隔性原理或爱因斯坦定域性原理。

到 70 年代，经过维格纳等人的简化推导，特别是斯塔普和德·埃斯帕纳等人的工作，人们清楚地认识到，贝尔不等式的本质在于爱因斯坦定域性原理，而与是否具体引入隐参数无关。就是说，只要根据定域实在论的三个基本假设，引入量子力学的可观测量，就能导出贝尔不等式。

如果按照量子力学理论，则可以求得如下的等式，

［P（θ）]ψ=-cosθ。

这就是说，定域实在论断言实验结果满足贝尔不等式，而量子力学则预言实验结果必将违背这个不等式。到 1982 年为止完成了十二个实验，除两个外，十个实验的结果都不落在满足贝尔不等式的广大区域，而偏偏落在量子力学预言的曲线上。目前，物理学家们已经相当普遍地把违背贝尔不等式作为一个实验事实接受下来。

因此，定域实在论看来是站不住脚的，在作为这个理论的三条基本假设中至少有一条是错误的。但是，正如苏汝铿在一篇文章中提到的，第一条涉及唯物论（？），第二条涉及方法论，第三条涉及相对论。究竟问题出在哪里呢？有人认为第一条不是不可置疑的，因为观察者和观测仪器也是物理客体，它与被观察的物理客体的不可分割性，对于“所观察现象的规律性”可以产生重大影响。因此他们认为，贝尔不等式的实验检验结果与爱因斯坦定域性原理不是不可能协调的。但是，比较这三条假设，特别是考虑到爱因斯坦的最初的论述，多数物理学家倾向于认为：贝尔不等式的实验检验，事实上就是对爱因斯坦定域性原理的检验，只能通过放弃这个原理来解释违背贝尔不等式的实验事实。

评论贝尔不等式的检验结果，物理学家们提出了许多全新的观点。玻姆认为，客观世界存在着一个新领域，在这个领域中，非定域联系是一种更基本的真实的联系。玻姆借助于全域相关或整体相关的量子势来解释这种非定域联系。他认为，当前物理学的发展正指示着这种新的本体或本质的存在。斯塔普认为，世界的空间上彼此分开的各个部分不是独立存在的，它们必定以某种超出我们所熟悉的关于因果联系只能传入前光锥的方式而相互联系，这是一种存在于单个事件之间的“超光速联系”。德·埃斯帕纳认为，贝尔不等式的实验检验表明爱因斯坦定域性原理的破坏，这就意味着在多个独立系统之间或单个延展系统之内存在着超光速（瞬时）的因果联系或影响。

为了避免与狭义相对论正面冲突，无论玻姆，斯塔普，还是德·埃斯帕纳等人，都希望保留信号有限速度传播的原理。为此，玻姆把信号定义为传递能被观察者感受到的宏观信息的通讯手段，斯塔普把信号定义为可控制的信息传递。他们认为，远距关联实验揭示的超光速联系或超光速影响并不能传递这样的信息，因而并不意味着超光速信号的存在。

我认为，无论如何，贝尔不等式实验检验所揭示的种种非定域相关性

（“超光速的因果联系”），应当理解为是某一更深层次上超光速运动的物质所传递的一种超光速相互作用的结果。果真如此的话，这不是对相对论“光锥规范”的挑战吗？