当物体突破光速时，会有类似音障的光障吗?

在地球上，当物体的速度突破音障时，将会发出巨大声响的音爆，并有可能在物体周围形成音爆云。那么，是否存在类似于音障的光障呢？当物体突破光速时，又会产生什么现象呢？

根据狭义相对论，真空光速c是最快的局域速度，物体或者有效信息的传播速度不可能突破光速，而且有静质量的物体还不可能达到光速。真空光速可以说是“光障”，没有物体可以突破，也没有人知道突破“光障”会产生什么现象。

不过，在某些情况下，“超光速”是存在的，并且也会产生标志性的现象，这就是切伦科夫辐射。

光在介质中的传播速度会放慢，例如，光在水中的速度为真空光速的75%。如果带电粒子（如电子、质子）在水中的传播速度超过075c，这就会出现突破“光障”的现象，产生光子震波，发出蓝色的切伦科夫辐射，这是一种短波电磁辐射。切伦科夫辐射通常出现在核反应堆中，这种现象可以用来研究高速运动的带电粒子。

需要注意的是，在切伦科夫辐射效应中，带电粒子所超过的光速是相速度，而不是波前速度。光在介质中传播时，由于介质中的电子会吸收光子进入更高的能级，然后电子又会辐射出光子，跃迁回原来的能级，这个过程需要经历一定时间，从而使光在介质中的传播速度看起来变慢了。事实上，光本身的波前速度是没有发生变化的。

楼上几位胡扯也有理由，佩服。

介质中的速度是能超过介质中的光速的，为说明这一点，只需找个特例就行了，即：切伦科夫辐射

Qielunkefu fushe

切伦科夫辐射

Cerenkov radiation

在透明媒质中穿行的，其速度超过媒质中光速的带电粒子所发出的一种辐射。1934年，苏联物理学家ПA切伦科夫发现高速电子在各种高折射率的透明液体和固体中发出一种淡蓝色的微弱可见光。带电粒子既可来自外源，也可由γ射线的康普顿散射或光电效应产生。切伦科夫在实验中能够将这种新型微光同通常的荧光或磷光区分开来，证明它具有明显的方向性，强偏振以及随媒质变化不大的谱分布等一系列特点。1937年И□夫兰克和ИЕ塔姆对此现象作了系统的理论研究，说明这种辐射是由于带电粒子速度超过媒质中光速(相速度)所产生的。以上三人因此项工作获得1946年斯大林奖和1958年诺贝尔物理学奖。

切伦科夫辐射同加速带电粒子的辐射不同，它不是单个粒子的辐射效应，而是运动带电粒子与媒质内的束缚电荷和诱导电流所产生的集体效应。

切伦科夫辐射可以看成为一种在媒质中的电磁冲击波,类似于超音速子弹或飞机在空气中形成的冲击波。不考虑媒质的色散，设粒子的速度为 □，媒质中的光速为□/□(□为真空中光速,□为折射率)。由于□>□/□,故粒子在其运动的途径上的各点所激发的媒质中的电磁场有一个圆锥形包络面，这就是上述电磁冲击波。从图运动带电粒子所激发的电磁场中可看出辐射方向沿圆锥包络面的法线。当粒子在位置1激发的波经□时间后其波前达到□□/□时，粒子本身走过距离□□□达到位置2，故辐射方向与粒子轨道间的夹角□满足：

□切伦科夫辐射的电矢量位于图纸平面内。

切伦科夫辐射的频谱是连续的,在不考虑色散时,强度的谱分布正比于□(角频率)。但实际上任何媒质都是有色散的，即折射率为角频率的函数□□＝□(□)，这时显然只有在满足不等式□(□)>□/□>1的波段才有切伦科夫辐射。在X射线波段□(□)总是小于1的，故切伦科夫辐射频谱总有一个上限。通常它的能量相当集中于可见光范围，并侧重于它的蓝紫端。

利用切伦科夫辐射制成的测定高速粒子的探测器，称为切伦科夫计数器，已广泛应用于高能物理学。它具有计数率高，分辨时间短，能避免低速粒子干扰。准确测定粒子运动速度等优点。

切伦科夫辐射是指透明介质中穿行的速度超过介质中光速的带电粒子所发出的一种辐射。介质中的粒子群速度超过介质中的光速，会产生切伦科夫辐射。

切伦科夫辐射是相对论与电磁理论的结合。带电粒子在介质中运动有两种辐射形式，切伦科夫辐射背后的原理为：

1、带电粒子与大量介质粒子发生弱散射，最终射出后方向改变不大，发出的就是切伦科夫辐射；

2、带电粒子与单一粒子发生强散射，方向改变大，两种都会产生辐射。

核电站反应堆的水池里会发出蓝光这一现象其实很早以前就已经被科学家发现了，并不是一件稀奇的事儿。而且，这个现象不光出现在核电站里，水等透明介质经放射线照射都会产生淡蓝色的光。居里夫人等其他科学家早就对这一现象做出了解释，认为这是水中杂质产生的荧光现象，然而事实并非如此。

1932年，切伦科夫进入列别捷夫物理研究所，跟随导师谢尔盖·瓦维洛夫进行研究和学习。当时，切伦科夫接到的课题是探究液体在放射线下发光的现象。

他日复一日地研究，一遍遍仔细去除液体中的杂质，并在实验中不断尝试用新的液体进行测试。他意想不到的是，无论实验的液体多么纯净，这种蓝光依然会出现。细心的他还发现，这种蓝光不是均匀向四周发出的，而是在某个方向强度更高；光的强度在空间上也呈圆锥状分布，这显然与荧光现象的规律相违背。

经过不断地重复实验与严谨论证，终于，他断定这种蓝光一定不是前人已经发现的荧光，而是一种全新的辐射，其产生机制也一定与荧光不同。

切伦科夫的发现迅速引起了他的老师瓦维洛夫的关注，并把这个发现分享给当时苏联的理论物理学家伊戈尔·塔姆和伊利亚·弗兰克。

塔姆和弗兰克不负期望，结合电磁辐射理论与狭义相对论，成功解释了切伦科夫辐射产生的原因。

他们认为，这种辐射是由于透明介质中有高速运动的电子穿过，并且电子的速度超过了介质中的光速，如此高能量的电子扰动了介质中的分子或原子，进而使其辐射出频率范围在蓝到紫外线之间的光。

由于人眼对蓝光更敏感，所以这种光看起来是蓝色的。

切仑科夫（Pavel Alekseyevich Cherenkov, 1904-1990）、弗兰克（Ilya Mikhailovich Frank, 1908-1990）和塔姆（Igor Yevgenyevich Tamm, 1895-1971）因发现并解释了切伦科夫现象，共同分享了1958年度诺贝尔物理学奖。

切仑科夫效应是切仑科夫在研究发自镭放射源的辐射穿入不同的液体并被液体吸收时发生的现象中发现的。在切仑科夫之前，也有人观察到当辐射穿入液体时，从液体中会放射出微弱的浅蓝色的辉光，但是他们把它归结为荧光。然而切仑科夫认为，他观察到的不是荧光。通过观察穿入经过了两次蒸馏的水中的辐射，他排除了微小杂质产生荧光的可能性。当时，测量非常微弱的辐射的唯一有效的工具就是人的高度灵敏的眼睛。为了提高眼睛的敏感度，切仑科夫在每次实验之前都要在完全漆黑的环境中呆上一个小时或者更久。他发现，辐射沿入射方向被极化了，正是入射的辐射所产生的快速次级电子才是出现可见辐射的根本原因。通过采用发自镭放射源的电子单独照射液体，他验证了这一点。切仑科夫在1934-1937年间发表的论文给出了这种新辐射的一般性质。

1937年，弗兰克和塔姆对切仑科夫效应给出了理论解释。他们认为，切仑科夫发现的辐射是由于电子在介质中以大于光在介质中的速度运动时产生的，并给出了严格的数学描述。他们的理论导致了对切仑科夫效应的各种不同应用，特别是在核物理和高能物理研究方面的应用尤为重要。在高能物理中经常用到的切仑科夫探测器就是一例。这种仪器可用于确定高能带电粒子的存在及其能量，在某些情况下，还可以用于识别不同质量的粒子。1958年西格里和张伯伦发现反质子时，就使用了这种仪器。

切仑科夫、弗兰克和塔姆是首次获得诺贝尔物理学奖的苏联人，他们获得的这一荣誉使国际上对苏联正在进行的高质量的实验和理论物理研究给予了权威性的承认。

利用切伦科夫辐射制成的测定高速粒子的探测器可做成切伦科夫计数器，用于探测高速粒子。这种新型的计数器具有计数率高、分辨时间短、能避免低速粒子干扰、准确测定粒子运动速度等优点，广泛应用于高能物理和宇宙线实验中，在核物理和粒子物理发展史上起过重要作用，1955年O张伯伦和E塞格雷利用这种计数器发现了反质子。

在粒子物理学中切伦科夫辐射是一项非常重要的研究手段。例如贝尔实验室的切伦科夫计数器，以及研究中微子震荡的超级神冈探测器，都是实际应用。从宇宙空间中进入地球大气层的某些高能粒子，运动速度接近光速，可以发出切伦科夫辐射。针对切伦科夫辐射设计出的探测器可以检测辐射的强度和方位，从而探测出高能粒子。在中微子研究相关的实验中有广泛的应用。

切伦科夫辐射的频谱是连续的，在不考虑色散时，强度的谱分布正比于w（角频率）。但实际上任何媒质都是有色散的，即折射率为角频率的函数n=n(w)，这时显然只有在满足不等式n(w)>с/v>1的波段才有切伦科夫辐射。在X射线波段n(w)总是小于1的，故切伦科夫辐射频谱总有一个上限。通常它的能量相当集中于可见光范围，并侧重于它的蓝紫端。

切伦科夫辐射与受激放射的电磁频谱具有特定频率的峰值的情形相异，其频谱呈连续性，相对强度与频率成正比，高频率有较大的强度。这就解释了为何可见光波段的切伦科夫辐射看起来呈亮蓝色。事实上，多数辐射是在紫外线波段。当带电粒子被加速后，才会使可见光波段明显易见。

切伦科夫辐射的总强度与入射带电粒子的速度成正比，此外粒子数量越多总强度越强。

根据狭义相对论，具有静质量的物体运动速度不可能超过真空中的光速c，而光在介质中的传播速度小于c。粒子可以通过核反应或者是粒子加速器被加速到超过介电质中的光速。

夫兰克和塔姆的理论分析表明切伦科夫辐射同加速带电粒子的辐射不同，它不是单个粒子的辐射效应，而是运动带电粒子与介质内束缚电荷和诱导电流所产生的集体效应。这种辐射可视为介质中的一种电磁冲击波。不考虑媒质的色散，设粒子的速度为v（右图中红色箭头），媒质中的光速为с/n（с为真空中光速，n为折射率）。由于v>с/n，故粒子在其运动的途径上的各点所激发的媒质中的电磁场有一个圆锥形包络面，这就是上述电磁冲击波（右图中蓝色箭头是发出的辉光方向）。这一电磁冲击波是粒子在其运动轨迹的各点所辐射的波相互干涉的结果，呈圆锥形，粒子正好处在圆锥的顶点。冲击波的传播方向与粒子运动方向之间的夹角θ满足：

cosθ=c/nv

几何上，此二方向的关系为 cosθ=1/nβ=1/n·β－1=1/n·c/v=c/nv，式中β=v/c，由此可以推导出cosθ=c/nv。