奥林匹克运动有一句著名的格言：“更快，更高，更强。”
在这种精神的鼓舞下，各种速度竞赛的速度纪录一再被刷新。特别是引人关注的百米跑的速度。
百米世界纪录是距离最短、用时最少的田径纪录，它是所有体育项目中最神圣的纪录，是人类对自身极限的最原始挑战，也是最勇敢的探索。它的每一次突破都预示着人类身体极限的又一次飞跃。
现在的百米世界纪录是牙买加运动员尤塞恩·博尔特在2009年8月16日德国柏林田径世界锦标赛100米决赛中创造的9秒58.据说已经接近当代人类奔跑的极限。
奥林匹克精神在人类的其他竞速活动中也一再上演。因为现代人越来越需要更快的速度，无论是人流、物流还是信息流，讲求的都是高速。最典型的是交通工具的速度，也一再被刷新。从自行车到汽车，再到火车、飞机，人类一再创造着新的速度纪录。即使飞机这样的高速交通工具也不能满足人们对速度的要求，现在已经有人提出了“胶囊”高铁。这种“胶囊”高铁为美国科罗拉多州“ET3”公司研制。按照设计师的设想，工程人员将在地面上搭建作用类似铁路轨道的固定真空管道，在管道中安置“胶囊”座舱。由于运行空间是真空的，没有摩擦力，“胶囊”车厢运行速度最高可能达到每小时6500千米。如果这个设想变为现实，世界各大洲之间的旅行就只需1～2小时。
有人认为这简直是疯狂之举。但这远不是人类追求的速度的极限。我们后面还会谈到，人类要飞离地球，飞出太阳系，就要有更高的速度。
那么，这种速度有极限吗？
现代物理学回答说：有，这就是光速。
但是，后现代物理学说：光速也不是极限，还有超光速。
超光速？这可不是百米跑的纪录被打破，这是颠覆世界的问题。可是，我们平时很少考虑光速的问题。且不说超光速，仅光速本身就是需要了解和值得探索的问题。
2.3.1 光速的测定
很久以来，人们普遍认为光的速度是无限大的，光的传播不需要时间，它一出现就普照四方。
16世纪末，当时著名的科学家开普勒和笛卡儿都认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的。但是，也有人不同意这个说法。
第一个站出来表示怀疑的是意大利科学家伽利略。他为了证明光的传播也需要时间，还进行了光速测试的试验。
1607年，伽利略请来两个人分别站在相距两英里的两个山头上，每个人手里拿一个煤油灯，第一个人先举起灯，当第二个人看到第一个人的灯时立即举起自己的灯，从第一个人举起灯到他看到第二个人的灯，这个时间间隔就是光传播两英里的时间。但由于光速传播的速度实在是太快了，在这么短的距离内根本察觉不到先后举灯的时间差，也就是说，这两个人几乎是同时举起了灯。虽然这次测试以失败告终，但是这个实验揭开了人类对光速进行研究的序幕。1676年，丹麦天文学家罗麦第一次提出了有效的光速测量方法。他在观测木星的卫星发生星蚀现象的周期时发现：在一年的不同时期，它们的周期有所不同，在地球处于太阳和木星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为这种现象是由于光速造成的，他还推断出光跨越地球轨道所需要的时间是22分钟。1676年9月，罗麦预言11月9日上午5点25分45秒发生的木星卫星星蚀将推迟10分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度，对这次木卫的星蚀现象进行了观测，并最终证实了罗麦预言的正确性。
不过，罗麦的理论没有马上被法国科学院接受，但是得到了著名科学家惠更斯的赞同。惠更斯根据他提出的数据和地球的半径第一次计算出了光的传播速度是214000千米/秒。虽然这个数值与目前测得的最精确的数据相差甚远，但他启发了惠更斯对波动说的研究。更重要的是，这个结果的错误不在于方法的错误，只是源于罗麦对光跨越地球的时间的错误推测，现代用罗麦的方法经过各种校正后得出的结果是298000千米/秒，很接近现代实验室所测定的精确数值。
克里斯蒂安·惠更斯（1629—1695）是荷兰物理学家、天文学家、数学家。他是介于伽利略与牛顿之间的一位重要的物理学先驱，是历史上著名的物理学家之一。他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立了向心力定律，提出了动量守恒原理，改进了计时器。他善于把科学实践与理论研究结合起来，透彻地解决某些重要问题，形成了理论与实验结合的工作方法与明确的物理思想，他留给人们的科学论文和著作有68种，《全集》有22卷，在碰撞、钟摆、离心力和光的波动说、光学仪器等多方面做出了贡献。为了表彰他对科学的贡献，多个国家发行了以惠更斯为主题的纪念邮票。
1725年，英国天文学家布拉得雷发现了恒星的“光行差”现象，以意外的方式证实了罗麦的理论。刚开始时，他无法解释这一现象，直到1728年，他在坐船时受到风向与船航向的相对关系的启发，认识到光的传播速度与地球公转共同引起了“光行差”的现象。他用地球公转的速度与光速的比例估算出了太阳光到达地球需要8分13秒。这个数值较罗麦法测定的要精确一些。布拉得雷测定值证明了罗麦有关光速有限性的说法。
光速的测定，成了17世纪以来所展开的关于光的本性的争论的重要依据。但是，由于受当时实验环境的限制，科学家们只能以天文方法测定光在真空中的传播速度，还不能解决光的传播受介质影响的问题，因此关于这一问题的争论始终悬而未决。
18世纪，科学界是沉闷的，光学的发展几乎处于停滞的状态。继布拉得雷之后，经过一个多世纪的酝酿，到了19世纪中期，才出现了新的科学家和新的方法来测定光速。
2.3.2 相继出现的新的光速测定方法
1849年，法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。他的方法原理与伽利略的类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放一个齿轮，在透镜的另一侧较远处依次放置另一个透镜和一个平面镜，平面镜位于第二个透镜的焦点处。点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平面镜上聚于一点，在平面镜上反射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿，当光通过齿隙时观察者就可以看到返回的光，当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失的时间就是光往返一次所用的时间，根据齿轮的转速，这个时间不难求出。通过这种方法，菲索测得的光速是315000千米/秒。由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很难精确地测出光速。
1850年，法国物理学家傅科改进了菲索的方法，他只用一个透镜、一面旋转的平面镜和一个凹面镜。平行光通过旋转的平面镜汇聚到凹面镜的圆心上，同样用平面镜的转速可以求出时间。傅科用这种方法测出的光速是298000千米/秒。另外，傅科还测出了光在水中的传播速度，通过与光在空气中传播速度的比较，他测出了光由空气射入水中的折射率。这个实验在微粒说已被波动说推翻之后，又一次对微粒说做出了判决，给光的微粒理论带来了最后的冲击。
1928年，卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用克尔盒法来测定光速。1951年，贝奇斯传德用这种方法测出的光速是299793千米/秒。
光波是电磁波谱中的一小部分，当代人们对电磁波谱中的每一种电磁波都进行了精密的测量。1950年，艾森提出了用空腔共振法来测量光速。这种方法的原理是，微波通过空腔，当它的频率为某一值时发生共振，根据空腔的长度可以求出共振腔的波长，再把共振腔的波长换算成光在真空中的波长，由波长和频率可计算出光速。
当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。1958年，弗鲁姆求出光速的精确值：（299792.5±0.1）千米/秒。
1970年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先采用激光法来测量光速。其精确度可达10-9.1972年，埃文森测得了目前真空中光速的最精确数值：（299792457.4±0.1）米/秒。
根据1975年第十五届国际计量大会的决议，真空中的光速是（299792.458±0.001）千米/秒。
基于认为光速不变的理论，在这次大会上提出了以光速为基准，重新定义长度单位“米”概念的议案。1983年，在巴黎的第十七届国际计量大会上，通过了这一议案，将1米的长度定义为：“1米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内所传播的距离”。
2.3.3 超光速
在相对论里，爱因斯坦提出了光速是速度的极限的猜想，但是，这一猜想在实践上和理论上都有待于探讨。根据质量与能量的变化，粒子的质量转化为能量，能量越大，速度就越高。假如，整个粒子的整个质量彻底转化为能量，那么粒子的能量就达到极限，粒子的速度也达到极限。假如光子没有静质量，反映出光子的整个质量已彻底变为能量，也就是说光子的能量已达到极限，那么光子的速度也就是极限。这就是光速极限的道理。计算表明，光速为每秒30万千米，即一秒钟光几乎可以绕地球赤道7周半。
因此，在经典物理学和爱因斯坦的现代物理理论中，光速是速度的极限，没有超光速。对于科幻迷，这可能是一个坏消息。如果没有超过光速的介质，我们几乎可以肯定，外星人来不了地球，我们也无法去宇宙其他地方寻找外星人。
当然，许多科幻小说仍然描绘超光速的存在，并且只有利用超光速飞行，故事才得以演绎下去。为了说服读者，科幻作家也常常不得不在其中引入一些编造的物理概念，如“时空扭曲”“时间隧道”“超时空”“虫洞”等。
这些编造的物理概念启发了物理学家，使他们也借助某些假设来讨论超光速这类极为前沿的课题。
例如，引入“快宇宙”和“慢宇宙”的概念，就可以使超光速成为可能。这与所谓的“超时空”，是否有似曾相识的感觉呢？
当然这种假设仍然是基于对微观微粒的研究，因此，不能简单地与科学幻想相提并论。
2.3.4 慢子、光子和快子
在理论物理的研究中，有人将自然界的粒子分成慢子、光子和快子三类，按静止质量（m0）的大小，慢子m0＞0，光子m0=0，而快子m0＜0，快子就是比光运动得还快的粒子。
最先假定快子存在的是美国科学家比拉纽克和苏达珊，直到1967年，美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格才确定了快子在科学中的地位。他认为快子应该存在，只不过它具有负重力的性质，也就是说它同我们这个宇宙中的物质不一样，并不是靠万有引力相互吸引，恰恰相反，它们是相互排斥的。如果把我们的宇宙称作“慢宇宙”的话，那么，由快子构成的宇宙则是“快宇宙”，光速是“慢宇宙”与“快宇宙”的分界线。在“快宇宙”中，会出现许许多多在“慢宇宙”中看来荒唐滑稽的事情，譬如，在“慢宇宙”中，不动的东西能量为零，一旦它获得能量，便会运动得越来越快，能量无限大时，它就以光速运动。但在“快宇宙”中，情况恰恰相反，如果快子的能量为零，它就以无限大的速度运动，它得到的能量越大，运动得就越慢，当它得到能量无限大时，快子的速度就降低到光速。在“快宇宙”里，光速是快子运动最小的速度；而在“慢宇宙”里，光速则是物质运动的极限速度。
范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒子称为“快子”。如果我们假定这种快子能够存在，那么，它是否能够按另一种方式来遵循爱因斯坦质能方程呢？
在我们这个“慢宇宙”中，一个物体在任何条件下都不能运动得比光快。而在“快宇宙”中，一个快子在任何条件下都不能运动得比光慢。光速是这两个宇宙之间的界线，它是不能被超越的。
但是，快子是否真的存在呢？我们可以断言：有可能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的“快宇宙”，不过，有可能存在并不代表一定存在。自然界究竟是否存在超光速粒子呢？这仍然是个谜。
光速虽然已经非常快，目前，没有什么东西的速度可以超过它，但并不等于这就是速度的极限。即使有速度的极限，也许并不是光速，而会是另外的物质，如万有引力。
宇宙是无限大的，以至于要用光走一年的距离来做单位测量。但是，即使以光速来计量，光也要走150亿年才能追上最初飞出的宇宙微粒。而根据宇宙大爆炸理论，宇宙仍然在膨胀中，如果以公认的宇宙诞生至今已经有150亿年来计算，并且假定所有天体都以光速在运动，那么现在宇宙的半径就是150亿光年。也就是说宇宙是有限的了。如果宇宙是有限的，那么现在的问题是，宇宙物质还没有走到的地方是哪里？是没有天体物质的真空吗？这还导致新的问题，引力是否跟随着物质一起运动？引力有速度吗？
有一种说法是，远离我们而去的星体将以超光速运行，这就与光速是速度的极限的观点相矛盾。承认这种说法可以认为宇宙无限大，因为星体以超光速可以运动到光可到达的距离以外，这样，引力也就是一种可以超光速的力能。这又需要有新的理论来加以支持。
合理的解释是宇宙只能是无限大的，充满宇宙的真空不是随爆炸才有的，那就是爆炸前的宇宙，爆炸是物质在真空中的填充过程，就像一桶染料倒进大海一样，会向大海的每一个部分扩散，直到完全均匀地分布到整个大海。
2.3.5 无限膨胀的宇宙
科学家根据所观察到的一些现象推测，宇宙仍然以高速在无限地膨胀中。
1929年，美国天文学家哈勃根据长期的观察，发现所有星云都在彼此互相远离，而且离得越远，离去的速度越快。这样一个天文观测结果使他得出结论：整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部分，而不是由于任何斥力的作用。
由于这一理论的提出依据是上面提到的天文观测结果，因此，尽管一开始没有得到多少认同，但是随着时间的推移，越来越多的天文学家和物理学家认为这是对宇宙诞生的一个合理的解释，现在已经成为关于宇宙发展的主流理论。
对于大爆炸所形成的宇宙的结局，有两种不同的理论：一个理论认为宇宙膨胀的过程会一直持续下去；另一个理论则认为这种膨胀不是无限的，在能量耗尽时，宇宙就将停止膨胀。这时，所有的星系、恒星、行星和所有微粒都会开始塌缩，紧缩成针尖大小，这被称为大坍缩。
这当然是很恐怖的情景。因此，科学家需要认真对待，探求这是否真要发生。
要了解宇宙是否会发生崩塌，科学家就必须先搞清楚宇宙是否仍在膨胀，或膨胀的速度是否正在减慢。
通过测量IA型超新星的亮度，科学家就可以研究宇宙的死亡。那么什么是IA型超新星呢？
我们身处的宇宙已有近150亿岁了。它创造出了世界万物的原料，如太阳、地球、月亮，以及地球上的沧海桑田、树木花草、飞禽走兽直至人类，形成了丰富多彩的世界。但宇宙仍在演变，它的结局到底怎样？其中可能的一种结局就是前面提到的关于宇宙灭亡的推论。
美国劳伦斯·伯克利国家实验室教授、天体物理学家索尔·普密特通过寻找宇宙中的标记，研究宇宙的死亡。这些标记就是爆炸的恒星——IA型超新星。
他说：“只要找到足够的IA型超新星，你就能测量它们的亮度。亮度较高的超新星距离比较近，亮度越来越弱的超新星一定离我们越来越远。亮度很低的超新星，距离就很遥远了。”
IA型超新星很像制造重元素的超新星。但IA型超新星有一个重要的特点，它们爆炸的亮度都是相同的。这是因为它们形成的过程都一样。两颗恒星在重力的作用下互相绕行。其中一颗是缩小的高密度恒星，发出高热和白光，它就是白矮星。另一颗恒星则膨胀成庞然大物，它就是红巨星，它的燃料即将耗尽。这两颗恒星互相绕行时，白矮星会吸取伴星的气体，开始年复一年地长大。白矮星的质量达到太阳的1.44倍时，就会崩溃、塌缩，接着爆炸，释放出耀眼的光线和能量。每个IA型超新星都是在相同质量时爆炸的。因此，宇宙各处都有相同的亮度和可见度。
天体物理学家普密特研究发现，宇宙的膨胀速度并未变慢。
普密特需要找到数百个IA型超新星，并测量它们远离我们的速度。
通过比较不同时空的超新星的位置和年代，普密特便能计算出宇宙的膨胀是否在变慢。他得到了惊人的结果：宇宙的膨胀速度并未变慢。
普密特说：“我们开始这项计划时，目的是测量宇宙膨胀变慢的速度，但它变慢的速度并不足以让膨胀停止。事实上，膨胀的速度几乎没有减缓。我们完成分析后发现，膨胀并没有减缓，反而正在加速。”
普密特的惊人发现意味着，宇宙不会停止膨胀并塌缩成针尖大小的超密物质，事实正好相反，宇宙会不断加速膨胀。
2.3.6 不同的预言
悲观的科学家认为，尽管现在宇宙仍在膨胀中，但是宇宙的最终结局仍然是不乐观的。
持这种悲观论调的人认为，大约在1千亿年后，所有的星系都会瓦解，宇宙的结局是一切都会陷入停顿。
代表人物是美国凯斯西储大学教授劳伦斯·克劳斯。他说：“宇宙的膨胀速度不断增加，直到一切都分崩离析，这并不只限于星系，还包括物质、地球、恒星、行星、人类和原子，所有的事物都会烟消云散。”
总有一天，太阳燃烧殆尽，大约在1千亿年后，所有的星系都会瓦解。宇宙中将只剩下孤立的恒星，这些恒星的能量也终将用尽。有些恒星会变成白矮星或褐矮星，有些会塌缩成中子星或黑洞。大爆炸之后数千万亿年，就连黑洞也会消失。所有的物质都会分解成最基本的成分，原子也会分解，最后，连构成原子的质子也会发生衰变。
克劳斯表示，宇宙的未来很可能非常凄凉，成为寒冷、黑暗和空虚的地方。随着宇宙的不断膨胀，星系也开始互相远离。宇宙会变成一片空虚，死一般寂静。我们的星系团将以超越光速的速度远离我们，并消失在黑暗中。最后，一切都会陷入停顿，这就是宇宙的结局。宇宙最后将会死亡，剩下的只有冰冷、黑暗、死气沉沉的虚空。
但是，乐观主义者认为，宇宙的前景是光明的。
1千亿年，这是太过漫长的时间，也许等不到那个时候，人们的宇宙观就已经有了新的发展和变化，带给人类的又是完全不同的信息。
那时候的人类，可能已经不只生存在地球上，也不只生存在现在的太阳系，宇宙永远都会有新太阳系在那里运转。人类将出现在宇宙的每一个角落，去开发那些新的地球。