Подорожі та швидші за швидкість світла (надсвітлові) — це гіпотетичне поширення матерії або інформації швидше за швидкість світла у вакуумі (). Спеціальна теорія відносності передбачає, що лише частинки з нульовою інваріантною масою (тобто фотони) можуть рухатися зі швидкістю світла, і що ніщо не може рухатися швидше.Згідно з усіма спостереженнями та сучасними науковими теоріями, матерія рухається зі швидкістю, меншою за світлову (сублюмінальною) відносно локально спотвореної області простору-часу. Спекулятивні концепції швидкості, швидшої за світло, включають двигун Алькуб'єрре, , прохідні червоточини та квантове тунелювання. Деякі з цих пропозицій знаходять лазівки навколо загальної теорії відносності, наприклад, шляхом розширення або стиснення простору, щоб об'єкт виглядав так, ніби рухається на відстані, більшій за c . Такі пропозиції досі широко вважаються неможливими, оскільки вони все ще порушують сучасне розуміння причинно-наслідкового зв'язку, і всі вони вимагають химерних механізмів для роботи (наприклад, необхідності екзотичної матерії).
Надсвітлове подорожування неінформації У контексті цієї статті «швидше за світло» означає передачу інформації або матерії швидше, ніж c, константа, що дорівнює швидкості світла у вакуумі, яка становить 299 792 458. м/с (за визначенням метра) або приблизно 186 282,397 миль за секунду. Це не зовсім те саме, що рухатися швидше за світло, оскільки:
Деякі процеси поширюються швидше, ніж c, але не можуть переносити інформацію (див. приклади в наступних розділах). У деяких матеріалах, де світло поширюється зі швидкістю c/n (де n — показник заломлення), інші частинки можуть рухатися швидше, ніж c/n (але все ще повільніше, ніж c), що призводить до черенковського випромінювання (див. фазову швидкість нижче).
Щоденний рух неба Для наземного спостерігача об'єкти на небі здійснюють один оберт навколо Землі за один день. Проксима Центавра, найближча зірка за межами Сонячної системи, знаходиться на відстані приблизно чотирьох з половиною світлових років від нас. У цій системі відліку, в якій Проксима Центавра сприймається як така, що рухається по колу з радіусом чотири світлові роки, її можна описати як таку, що має швидкість у багато разів більшу за c, оскільки швидкість обертання об'єкта по колу є добутком радіуса та кутової швидкості. Також з геостатичної точки зору можливо, що такі об'єкти, як комети, змінюють свою швидкість від субсвітлової до надсвітлової і навпаки просто тому, що змінюється відстань від Землі. Комети можуть мати орбіти, які виводять їх на відстань понад 1000 а.о.. Довжина кола з радіусом 1000 а.о. перевищує один світловий день. Іншими словами, комета на такій відстані є надсвітловою в геостатичній, а отже, неінерціальній системі відліку.
Світлі плями та тіні Якщо лазерний промінь проходить через віддалений об'єкт, може здаватися, що пляма лазерного світла рухається по об'єкту зі швидкістю, більшою за c. Аналогічно, тінь, що проектується на віддалений об'єкт, рухається по об'єкту швидше за c. В жодному з випадків світло не рухається від джерела до об'єкта швидше за c, а також жодна інформація не поширюється швидше за світло. У цих прикладах жоден об'єкт не рухається. Для порівняння розглянемо воду, що бризкає з садового шланга, коли його розгойдують з боку в бік: вода не миттєво слідує за напрямком шланга.
Фазові швидкості вище c Фазова швидкість електромагнітної хвилі під час поширення через середовище може зазвичай перевищувати c, швидкість світла у вакуумі. Наприклад, це відбувається в більшості стекол на рентгенівських частотах. Однак фазова швидкість хвилі відповідає швидкості поширення теоретичної одночастотної (чисто монохроматичної) складової хвилі на цій частоті. Така складова хвилі повинна бути нескінченною за протяжністю та постійною амплітудою (інакше вона не є справді монохроматичною), тому не може передавати жодної інформації. Таким чином, фазова швидкість вище c не означає поширення сигналів зі швидкістю вище c.
Групові швидкості вище c
Групова швидкість хвилі також може перевищувати c за деяких обставин.У таких випадках, які зазвичай одночасно включають швидке ослаблення інтенсивності, максимум обвідної імпульсу може поширюватися зі швидкістю вище c. Однак навіть ця ситуація не означає поширення сигналів зі швидкістю вище c, навіть якщо можна спокуситися пов'язати максимуми імпульсів із сигналами. Останній зв'язок виявився оманливим, оскільки інформацію про прибуття імпульсу можна отримати до настання максимуму імпульсу. Наприклад, якщо якийсь механізм дозволяє повну передачу передньої частини імпульсу, сильно ослаблюючи максимум імпульсу та все, що знаходиться позаду (спотворення), максимум імпульсу фактично зміщується вперед у часі, тоді як інформація про імпульс не надходить швидше, ніж c без цього ефекту. Однак групова швидкість c у деяких частинах гауссового променя у вакуумі (без ослаблення). Дифракція призводить до того, що пік імпульсу поширюється швидше, тоді як загальна потужність — ні.
Космічне розширення Згідно із законом Габбла, розширення Всесвіту призводить до того, що далекі галактики віддаляються від нас швидше за швидкість світла. Однак швидкість віддалення, пов'язана із законом Габбла, яка визначається як швидкість збільшення власної відстані за інтервал космологічного часу, не є швидкістю в релятивістському сенсі. Більше того, в загальній теорії відносності швидкість є локальним поняттям, і навіть не існує єдиного визначення відносної швидкості космологічно віддаленого об'єкта. Швидкості космологічного віддалення, що швидші за швидкість світла, є повністю ефектом.
У телескопи видно багато галактик з червоним зміщенням 1,4 або вище. Усі вони мають космологічні швидкості віддалення, що перевищують швидкість світла. Оскільки параметр Хаббла зменшується з часом, можуть бути випадки, коли галактика, яка віддаляється від нас швидше за світло, все ж таки випромінює сигнал, який зрештою досягає насSee the last two paragraphs in .
Однак, оскільки розширення Всесвіту прискорюється, прогнозується, що більшість галактик зрештою перетнуть тип космологічного горизонту подій, де будь-яке світло, яке вони випромінюють після цієї точки, ніколи не зможе досягти нас у будь-який момент часу в нескінченному майбутньому, оскільки світло ніколи не досягає точки, де його «особлива швидкість» до нас перевищує швидкість розширення від нас. Поточна відстань до цього космологічного горизонту подій становить близько 16 мільярдів світлових років, а це означає, що сигнал від події, яка відбувається зараз, зрештою зможе досягти нас у майбутньому, якщо подія відбуватиметься на відстані менше 16 мільярдів світлових років, але сигнал ніколи не досягне нас, якщо подія відбуватиметься на відстані більше 16 мільярдів світлових років.
Астрономічні спостереження Видимий надсвітловий рух спостерігається в багатьох радіогалактиках, блазарах, квазарах, а нещодавно також і в мікроквазарах. Це явище не суперечить теорії спеціальної відносності. Виправлені розрахунки показують, що ці об'єкти мають швидкості, близькі до швидкості світла (відносно нашої системи відліку). Вони є першими прикладами великих кількостей маси, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Наземні лабораторії змогли прискорити лише невелику кількість елементарних частинок до таких швидкостей.
Ефект Гартмана Ефект Гартмана — це ефект тунелювання через бар'єр, де час тунелювання прагне до постійної величини для великих бар'єрів. Це може бути, наприклад, зазор між двома призмами. Коли призми контактують, світло проходить прямо крізь нього, але коли є зазор, світло заломлюється. Існує ненульова ймовірність того, що фотон тунелюватиме через зазор, а не піде заломленим шляхом. Однак стверджувалося, що ефект Гартмана насправді не може бути використаний для порушення теорії відносності шляхом передачі сигналів швидше, ніж c, також тому, що час тунелювання «не повинен бути пов'язаний зі швидкістю, оскільки еванесцентні хвилі не поширюються». Еванесцентні хвилі в ефекті Гартмана зумовлені віртуальними частинками та нерозповсюджуваним статичним полем, як згадувалося в розділах вище про гравітацію та електромагнетизм.
Квантова гумка із затримкою вибору Квантовий ластик із затримкою вибору — це версія парадоксу ЕПР, у якому спостереження (або відсутність) інтерференції після проходження фотона через подвійну щілину в експерименті залежить від умов спостереження другого фотона, переплетеного з першим. Характерною рисою цього експерименту є те, що спостереження другого фотона може відбуватися пізніше, ніж спостереження першого фотона, що може створити враження, що вимірювання пізніших фотонів «ретроактивно» визначає, чи виявляють попередні фотони інтерференцію чи ні, хоча інтерференційну картину можна побачити лише шляхом кореляції вимірювань обох членів кожної пари, і тому її не можна спостерігати, доки не будуть виміряні обидва фотони, що гарантує, що експериментатор, який спостерігає лише за фотонами, що проходять через щілину, не отримає інформацію про інші фотони швидше за світло або назад у часі.
Відмова від (абсолютної) теорії відносності Через сильну емпіричну підтримку спеціальної теорії відносності, будь-які її модифікації обов'язково мають бути досить тонкими та важкими для вимірювання. Найвідомішою спробою є , яка постулює, що планківська довжина також однакова у всіх системах відліку, і пов'язана з роботою та. Існують спекулятивні теорії, які стверджують, що інерція створюється сумарною масою Всесвіту (наприклад, принцип Маха), що означає, що система спокою Всесвіту може бути кращою для звичайних вимірювань природного закону. Якщо це підтвердиться, це означатиме, що спеціальна теорія відносності є наближенням до більш загальної теорії, але оскільки відповідне порівняння (за визначенням) буде поза спостережуваним Всесвітом, важко уявити (а тим більше побудувати) експерименти для перевірки цієї гіпотези. Незважаючи на цю складність, такі експерименти були запропоновані.
Спотворення простору-часу Хоча спеціальна теорія відносності забороняє об'єктам мати відносну швидкість, більшу за швидкість світла, а загальна теорія відносності зводиться до спеціальної теорії відносності в локальному сенсі (у малих областях простору-часу, де кривизна незначна), загальна теорія відносності дозволяє простору між віддаленими об'єктами розширюватися таким чином, що вони мають «швидкість віддалення», яка перевищує швидкість світла, і вважається, що галактики, які знаходяться на відстані понад 14 мільярдів світлових років від нас сьогодні, мають швидкість рецесії, яка швидша за швидкість світла. Мігель Алькуб'єрре висунув теорію, що можна створити варп-двигун, в якому корабель був би укладений у «варп-бульбашку», де простір спереду бульбашки швидко стискається, а простір позаду швидко розширюється, в результаті чого бульбашка може досягти віддаленого пункту призначення набагато швидше, ніж світловий промінь, що рухається поза бульбашкою, але без об'єктів усередині бульбашки, які локально рухаються швидше за світло. Однак кілька заперечень, висунутих проти двигуна Алькуб'єрре, здається, виключають можливість його фактичного використання будь-яким практичним способом. Ще однією можливістю, передбаченою загальною теорією відносності, є прохідна червоточина, яка може створити короткий шлях між як завгодно віддаленими точками в просторі. Як і у випадку з двигуном Алькуб'єрре, мандрівники, що рухаються через червоточину, локально не рухатимуться швидше, ніж світло, що проходить через червоточину поруч з ними, але вони зможуть досягти місця призначення (і повернутися до початкового положення) швидше, ніж світло, що проходить за межі червоточини.