一根30万公里长的绳子，能否实现超光速？

爱因斯坦提出的《相对论》中，有一个核心思想被称为“光速不可超越”，这可以简单地描述为：任何具有静质量的物体都不可能达到或超过光速，除此之外，任何信息的传递速度也不能超过光速（注：本文中的光速是指真空中的光速，为方便描述，我们将其简称为光速，请注意区分）。

虽然该理论早已得到了科学界的认同，但不少人仍然对此感到难以接受，并提出了各式各样的思想实验，试图说明至少在“信息的传递速度”这方面，超光速应该是可以实现的，例如有人就提出了这样一个思想实验：一根30万公里长的绳子，能否实现超光速？

这个思想实验的思路大概是这样的，在日常生活中，假如甲和乙两个人各自拉着绳子的两端，那甲拉一下绳子，乙瞬间就感觉得到，所以如果甲和乙事先商量好拉绳子的各种细节（例如频率、力度等等）分别代表什么，那他们就可以通过绳子来传递信息。

现在将甲和乙拉着的绳子的长度设为30公里，而光速大概是每秒30万公里，也就是说，以光速前进，跑完30公里就需要1秒的时间，而由于甲拉一下绳子，乙瞬间就感觉得到，因此在这种情况下，就有可能实现以超光速传递信息。

可以看到，在这个思想实验中，想要实现超光速的关键点在于：甲拉绳子所产生的力会瞬间传递到绳子的另一端，进而被乙感觉到。那实际情况是否真是这样呢？很遗憾，答案是否定的。

绳子可以认为是一种固体，从微观层面来看，它其实是大量的原子构成的，也就是说，在绳子的内部，原子和原子之间通过彼此间的相互作用，以特定的方式排列并紧密地结合在一起。在这种情况下，甲拉绳子所产生的力其实并不会瞬间作用到构成绳子的所有原子，而是有一个传递的过程。

我们可以将这个过程简单地理解为，在甲拉了一下绳子之后，其产生的力会首先作用于离他这一端的最近的“第一层”原子，这些原子在受力之后会发生位移，进而带动更远的“第二层”原子，而“第二层”的原子在发生位移之后，又会去带动更远的“第三层”原子……并如此“层层传递”，直到力传递到乙的那一端。

（↑机械波在介质中传播的简化模型）

由此可见，甲拉绳子所产生的力，在绳子的内部其实是以机械波的形式传递的，从理论上来讲，机械波在介质中的传播速度（v）与介质的弹性模量（K）和介质的密度（ρ）密切相关，可以用一个简单的公式“v = √（K/ρ）”来进行计算。

这里我们不妨假设这个思想实验中的绳子是钢丝绳，已知钢的密度大约为每立方米7.85 x 10^3千克，钢丝绳的弹性模量可以取值为200GPa，将其代入公式可得，在钢丝绳的内部，机械波的传播速度大约为每秒5公里。

在日常生活中，我们用的绳子一般都不会超过50米，也就是说，假设有一根50米的钢丝绳，甲拉一下绳子，那么乙在大约0.01秒之后就会感觉到，由于这么短的延迟时间，我们人类是很难察觉到的，因此通常我们都会认为这是瞬间感觉到的。

但对于一根30万公里长的绳子而言，情况就完全不一样了，简单计算一下可知，如果这根绳子是钢丝绳的话，那在甲拉了绳子之后，乙就需要大约1000分钟的时间才能感觉到，很明显，如此长的延迟时间，根本就算不上“瞬间感觉到”。

尽管绳子材质的不同会造成机械波的传播速度出现差异，但也差不了太多（相对于光速来讲），就算是目前被认为可以用来做绳子最佳材料——碳纳米管，其弹性模量和密度可以达到1TPa和每立方米2.1 x 10^3千克，机械波在其中的传播速度也只有大约每秒690公里，这仍然远远地低于光速，就更不用谈去实现超光速了。

（碳纳米管）

看到这里可能有人会问了，如果用一种弹性模量无限大的材料来做绳子，是不是就可以实现以超光速传递信息了呢？从理论上来讲，确实是这样的，但实际上，弹性模量无限大的材料其实就是“绝对刚体”，而我们都知道，至少在我们所知的宇宙中，“绝对刚体”是不可能存在的。