概述
而在相對論中，運動速度和物體的其它性質，如質量甚至它所在參考系的時間流逝等，密切相關，速度低于（真空中）光速的物體如果要加速達到光速，其質量會增長到無窮大因而需要無窮大的能量，而且它所感受到的時間流逝甚至會停止（如果超過光速則會出現“時間倒流”），所以理論上來說達到或超過光速是不可能的（至于光子，那是因為它們本身質量為零）。但也因此使得物理學家（以及普通大衆）對于一些“看似”超光速的物理現象特别感興趣。
但是在介質中，物體的運動速度超過介質中的光速則是可能的。因為光速在介質中會下降。這種情況下會産生一些特别的現象。假使物體帶電，則會發出藍色光為主的切連科夫輻射。有可能這個理論被突破，超光速的傳播還是有可能的，如果真是這樣，時間倒流這些理論就會被修改
2011年9月22日，意大利物理學家在OPERA實驗中發現了一種超光速的中微子，如果實驗數據确鑿無誤，愛因斯坦的相對論将會受到挑戰。OPERA的此次實驗由位于意大利中部山區的格蘭薩索國家實驗室（LNGS）與位于瑞士日内瓦的歐洲核子研究組織(CERN)合作進行，實驗結果基于對16,111次中微子測量事件的觀察, 标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速, 為現實中宇宙速度的極限。考慮到這是一個潛在的影響深遠的結果，在結論被駁斥或堅實建立之前，還需要更多獨立而無關的測量。但是該實驗最終錯誤，是測量人員的技術失誤。于2012年6月8日世界公布實驗錯誤。
簡介
2000年7月，由于英國《自然》（Nature,2000,406:277）雜志發表了一篇關于“超光速”實驗的論文，引起了人們對超光速到底是否存在的讨論。其實對在介質中使光脈沖的群速度超過真空中光速c， 科學家們早有研究，而Nature中報道的這個實驗就是實現了這種想法。但是這并非是人們想象的那種所謂違反因果律（或者相對論）的超光速，為了說明這個問題，讓我們看一看由華人科學家王力軍所做的這個實驗。
光脈沖是由不同頻率、振幅、相位的光波組成的波包，光脈沖的每個成分的速度稱為相速度，波包峰的速度稱為群速度。在真空中二者是相同的，但是在介質中如我們所知道的存在如下的群速度與介質。
折射率的關系：vg = c / ng ， ng = n + ω（dn/dω）
顯然在一定的情況下（如反常色散很強的介質）可以出現負的群速度，此時，光脈沖在介質中傳播比真空中花的時間短，其差ΔT = (L/v) - (L/c）達到絕對值足夠大時就可以觀察到“超光速”現象，即“光脈沖峰值進入介質以前，在另一邊已經有脈沖峰出射了”（由王力軍原文譯）。
那麼這種超光速是不是違背因果律呢？仔細考查王的實驗就會發現，出射光脈沖雖然是在入射脈沖峰值進入介質之前出現的，但在這之前入射脈沖的前沿早已進入介質了，因此出射脈沖可以看作是由入射脈沖前沿與介質相互作用産生的。其實王的實驗重要意義正在于實現了可觀測的負群速度的這一現象，而不是像媒體炒作的那樣發現了什麼“超光速”，負的群速度在這裡就不能理解為光的速度了，它也不是能量傳輸的速度。
當然，這一實驗本身就說明我們人類對光的認識又前進了一步。對這個實驗的解釋隻憑折射率與群速度的關系這個公式是遠遠不夠的，這其中包含了量子幹涉的效應，涉及到對光的本質的認識，揭開蒙在“超光速實驗”頭上的面紗，仍然是科學家們奮鬥的目标。
很多人在了解了這個實驗後就會想到能否用這種“超光速”效應來傳遞信息，在王的實驗中，“超光速”的脈沖不能攜帶有用的信息，因此也就無從談起信息的超光速傳遞，同樣能量的超光速傳輸也是不行的。
與超光速實驗具有相同轟動效應的是另一種“超光速”現象
quantum teleportation即量子超空間傳輸（或量子隐形傳态），這個奇妙的現象因其與量子信息傳遞及量子計算機的實現有密切聯系而引起人們的關注。所謂超空間，就是量子态的傳輸不是在我們通常的空間進行，因此就不會受光速極限的制約，瞬時地使量子态從甲地傳輸到乙地（實際上是甲地粒子的量子态信息被提取瞬時地在乙地粒子上再現），這種量子信息的傳遞是不需要時間的，是真正意義的超光速（也可理解為超距作用）。
在量子超空間傳輸的過程中，遵循量子不可克隆定律，通過量子糾纏态使甲乙粒子發生關聯，量子态的确定通過量子測量來進行，因此當甲粒子的量子态被探測後甲乙兩粒子瞬時塌縮到各自的本征态，這時乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。這種信息的傳遞是“超光速”的。
但是，如果一位觀測者想要馬上知道傳送的信息是什麼，這是不可能的，因為此時粒子乙仍處于量子疊加态，對它的測量不能得到完全的信息，我們必須知道對甲粒子采取了什麼測量，所以不得不通過現實的信息傳送方式（如電話，網絡等）告訴乙地的測量者甲粒子此時的狀态。最終，我們獲得信息的速度還是不能超過光速！量子超空間傳輸的實驗已在1997年實現了（見Nature,390,575.1997）。2011年7月已經證實中微子超光速7公裡（最後證實該實驗數據錯誤）。
以上兩個超光速的方案還隻處于理論探讨和實驗階段，離實用還有很遠的距離，而且這兩個問題都涉及到物理學的本質，實驗現象及其解釋都在争論之中。
切倫科夫效應
媒質中的光速比真空中的光速小。粒子在媒質中的傳播速度可能超過媒質中的光速。在這種情況下會發生輻射，稱為切侖科夫效應。這不是真正意義上的超光速，真正意義上的超光速是指超過真空中的光速。
第三觀察者
如果A相對于C以0.6c的速度向東運動，B相對于C以0.6c的速度向西運動。對于C來說，A和B之間的距離以1.2c的速度增大。這種“速度”--兩個運動物體之間相對于第三觀察者的速度--可以超過光速。但是兩個物體相對于彼此的運動速度并沒有超過光速。在這個例子中，在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A的速度也是0.88c。
影子和光斑
在燈下晃動你的手，你會發現影子的速度比手的速度要快。影子與手晃動的速度之比等于它們到燈的距離之比。如果你朝月球晃動手電筒，你很容易就能讓落在月球上的光斑的移動速度超過光速。遺憾的是，不能以這種方式超光速地傳遞信息。
影子和與手晃動的速度之比确實等于它們到燈的距離之比，但影子的最快速度不會超過光速.光斑也是如此.假設有一個仰角為60度的斜坡，一個物體以0.6C的速度水平運動，那麼理論上在斜坡上的投影的速度是1.2C，實際上影子最大速度為C.現象表現為影子不會出現在該物體垂直投射的方位，而是會滞後.
剛體
敲一根棍子的一頭，振動會不會立刻傳到另一頭？這豈不是提供了一種超光速通訊方式？很遺憾，理想的剛體是不存在的，振動在棍子中的傳播是以聲速進行的，而聲速歸根結底是電磁作用的結果，因此不可能超過光速。（一個有趣的問題是，豎直地拎着一根棍子的上端，突然松手，是棍子的上端先開始下落還是棍子的下端先開始下落？答案是上端。）
相速度
光在媒質中的相速度在某些頻段可以超過真空中的光速。相速度是指連續的（假定信号已傳播了足夠長的時間，達到了穩定狀态）的正弦波在媒質中傳播一段距離後的相位滞後所對應的“傳播速度”。很顯然，單純的正弦波是無法傳遞信息的。要傳遞信息，需要把變化較慢的波包調制在正弦波上，這種波包的傳播速度叫做群速度，群速度是小于光速的。（譯者注：索末菲和布裡淵關于脈沖在媒質中的傳播的研究證明了有起始時間的信号[在某時刻之前為零的信号]在媒質中的傳播速度不可能超過光速。）
超光速星系
朝我們運動的星系的視速度有可能超過光速。這是一種假象，因為沒有修正從星系到我們的時間的減少。
舉一個例子：假如我們測量一個離我們10光年的星系，它的運動速度為2/3 c。現在測量，測出的距離卻是30光年，因為它當時發出的光到時，星系恰到達10光年處。3年後，星系到了8光年處，那末視距離為8光年的3倍，即24光年。結果，3年中，視距離減小了6光年……
卡西米（Casimir）效應
當兩塊不帶電荷的導體闆距離非常接近時，它們之間會有非常微弱但仍可測量的力，這就是卡西米效應。卡西米效應是由真空能（vacuum energy）引起的。Scharnhorst的計算表明，在兩塊金屬闆之間橫向運動的光子的速度必須略大于光速（對于一納米的間隙，這個速度比光速大10-24）。在特定的宇宙學條件下（比如在宇宙弦（cosmicstring）的附近[假如它們存在的話]），這種效應會顯著得多。但進一步的理論研究表明不可能利用這種效應進行超光速通信。
宇宙膨脹
哈勃定理說：距離為D的星系以HD的速度分離。H是與星系無關的常數，稱為哈勃常數。距離足夠遠的星系可能以超過光速的速度彼此分離，但這是相對于第三觀察者的分離速度。
相關實驗
突破光速、超越時空是不少科幻小說的主題，但愛因斯坦的相對論斷言光速是任何物質在真空中的最快速度，小說家的幻想沒有依據。一些歐洲科學家在實驗中發現，中微子速度超過光速。如果實驗結果經檢驗得以确認，愛因斯坦提出的經典理論相對論将受到挑戰。科學界認為這項發現是在愛因斯坦的理論上“炸開一個大洞”。
意大利格蘭薩索國家實驗室“奧佩拉”項目研究人員使用一套裝置，接收730公裡外歐洲核子研究中心發射的中微子束，發現中微子比光子提前60納秒（1納秒等于10億分之一秒）到達，即每秒鐘多“跑”6公裡。“我們感到震驚。”瑞士伯爾尼大學物理學家、“奧佩拉”項目發言人安東尼奧·伊拉蒂塔托說。
英國《自然》雜志網站22日報道這一發現。研究人員定于23日向歐洲核子研究中心提交報告。
“奧佩拉”項目發言人伊拉蒂塔托說，項目組充分相信實驗結果，繼而公開發表結果。“我們對實驗結果非常有信心。我們一遍又一遍檢查測量中所有可能出錯的地方，卻什麼也沒有發現。我們想請同行們獨立核查。”這一項目使用一套複雜的電子和照相裝置，位于格蘭薩索國家實驗室地下1400米深處。這不是愛因斯坦的光速理論首次遭遇挑戰。2007年，美國費米國家實驗室研究人員取得類似實驗結果，但對實驗的精确性存疑。
這一最新發現可能撼動現代物理學的基石。法國物理學家皮埃爾·比内特呂告訴法國媒體，這是“革命性”發現，一旦獲得證實，“廣義相對論和狹義相對論都将打上問号”。
歐洲核子研究中心物理學家埃利斯對這一結果仍心存疑慮。科學家先前研究1987a超新星發出的中微子脈沖。如果最新觀測結果适用于所有中微子，這顆超新星發出的中微子應比它發出的光提前數年到達地球。然而，觀測顯示，這些中微子僅早到數小時。“這難以符合‘奧佩拉’項目觀測結果。”埃利斯說。
美國費米實驗室中微子項目專家阿爾方斯·韋伯認為，“奧佩拉”可能存在測量誤差。就韋伯而言，即使實驗結果獲得确認，相對論“仍是優秀理論”，隻不過“需要做一些擴充或修正”。
問：“超光速”如何被發現？
答：“奧佩拉”項目研究人員接收730公裡外歐洲核子研究中心發射的中微子束，發現中微子比光子提前60納秒（1納秒等于十億分之一秒）到達，即每秒鐘多“跑”6公裡。過去兩年，他們觀測到超過1.6萬次“超光速”現象。
問：這項實驗是否意味着相對論不再成立了？
答：許多專家認為，即使實驗結果獲得确認，相對論“仍是優秀理論”，但“需要做一些擴充或修正”。但也有專家認為，如果真的證實這種超光速現象，其意義十分重大，整個物理學理論體系或許會因此重建。一種超光速的流體解釋已經被數學物理學家提出, 按照流體力學對電磁場論的補充推導，隻要把超光速部分的方程變一個符号， 存在超光速不會進入一個虛數空間。而是實實在在可以存在的雙曲型物理系統。
中微子運行速度并未超過光速
3月16日,歐洲核子研究中心16日公布最新測量結果顯示，去年9月“中微子振蕩實驗”中，中微子運行速度并未超過光速，原測量結果存在誤差。
歐洲核子研究中心研究項目負責人塞爾吉奧·貝爾托盧奇通過公報向媒體證實，有證據顯示，相關實驗結果受到了測量誤差幹擾。貝爾托盧奇表示，歐洲核子研究中心将繼續與意大利格蘭薩索國家實驗室合作，在今年5月進行新一輪“中微子振蕩實驗”，以期給出準确答案。
名詞解釋
中微子
中微子是一種極為神秘的物質，在科學界有“鬼粒子”之稱。雖然中微子在宇宙廣泛出現，但是極難探測得到，科學家對它所知不多，1934年才确定它的存在，直至最近才确認中微子有質量。中微子從星體核聚變中産生，太陽便是其中一個産生地點。中微子是一種基本粒子，不帶電，質量極小，幾乎不與其他物質作用，在自然界廣泛存在。太陽内部核反應産生大量中微子，每秒鐘通過我們眼睛的中微子數以十億計。
相對論
相對論，愛因斯坦的經典理論，是現代物理學基礎理論之一，認為任何物質在真空中的速度無法超過光速。除非粒子不攜帶信息。
不變論
原理
真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。光速不變原理，在狹義相對論中，指的是無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，不随光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。
事實
證明光速不變的四項事實。
(1) 恒星光行差。
(2) 恒星都是一個一個的小圓點。
(3) 恒星都靜止。
(4) 太陽光邁克爾遜·莫雷實驗。
證明方法
任意恒星光行差都長期保持不變，證明：光行差不随時間變化，所以光速也不随時間變化。所有恒星的光行差都為20.5″角距，證明：所有恒星的光速都相同。
《系統分析恒星光行差》中已經詳細論證了“光速不變”，所以不再重複。
恒星都是一個一個的小圓點，證明：任意一個恒星的所有的光線的光速都相同，即沒有不同光速的光線。
因為沒有任何光速‘變化’的現象，所以隻有采用‘反證法’。
設：某恒星發來兩種光速的光線；光速為c的光線，用c表示；光速為C的光線，用C表示；光速c>C
因為c和C都是連續的，所以觀測者能夠同時接收到c和C；但觀測者同時接收到的c和C,必然不是同時從恒星發出的。
因此設：c發出的時刻為零；C發出的時刻為t；恒星零時刻的位置為A；t時刻的位置為B；因恒星周日視運動角速度ω=15.0411″/秒，所以A、B之間的角距φ=ωt
再設：φ=10′（太陽直徑的1/3)；恒星距離L=30光年。
則：t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40（秒）
c傳播的時間T1=L/c=30（年）≈86400×365=946080000（秒）
C傳播的時間T2=L/C
據題意知：T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040（秒）
所以：C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987（公裡/秒）
即：如果φ=10′，則c——C=300000——299999.987=0.013（公裡/秒）=13（米/秒）
也就是說：如果兩條光線的光速差為13米/秒，則這顆距離為30光年的恒星，就同時在角距為10′的A和B兩個位置上。
光速連續比間斷變化的可能性大得多，如果恒星光速是在C和c的範圍内連續變化的，則看起來，該恒星應該是：長度為10′角距的線段。
因為從未看到過：恒星具有多個位置和任何拉長的現象，所以結論正确。
恒星都靜止，證明：所有恒星的光速都不随時間變化，都始終恒為常數c不變。這是因為如果光速不斷變化，則看起來恒星必然是運動的。證明方法與上述類似，不再重複。
太陽光邁克爾遜·莫雷實驗證明：太陽光的光速不變。
邁克爾遜·莫雷實驗的依據是：光速=波長×頻率
光波長和頻率都是根據光幹涉條紋确定的。根據‘楊氏雙縫幹涉實驗’幹涉條紋之間的間距，能夠獨立推算出‘光波長’，自然可确定‘光頻率’。
這樣推算确定的光波長和頻率的乘積為常數，即不同顔色光的波長和頻率的乘積相等；而且乘積數值等于檢測的‘光速值’；從而充分證明：‘光速=波長×頻率’成立。
邁克爾遜和莫雷通過長期多次分别檢測，來自不同方向的陽光的光速，充分證明：陽光的光速不變。
論動體的電動力學片段
“下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的，這兩條原理我們定義如下：
1. 物理體系的狀态據以變化的定律，同描述這些狀态變化時所參照的坐标系究竟是兩個在互相勻速平行移動着的坐标系中的哪一個并無關系。
2. 任何光線在‘靜止的’坐标系中都是以确定的速度V運動着，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。“對于大于光速的速度，我們的讨論就變得毫無疑義了；在以後的讨論中，我們會發現，光速在我們的物理理論中扮演着無限大速度的角色。“由此，當υ=V時，W就變成無限大。正像我們以前的結果一樣，超光速的速度沒有存在的可能。”
其他
1981年，物理學家尼克·赫爾伯特（Nick Herbert）利用量子力學的特殊性質設計了一個超光速通訊系統。對它糾錯的過程推進了我們對量子世界的全新理解。
赫爾伯特的系統叫做FLASH（閃電），是“first laser-amplified superluminal hookup”（第一台激光放大超光速傳輸器）的首字母縮寫，它使用了一個向相反方向成對釋放光子的光子源。這個計劃利用了光子的偏振特性，即沿着它們所處的電場方向振動。當它們所處的電場沿水平方向（H）或是垂直方向（V）振動時，光子可能發生平面偏振；如果電場沿右螺旋（R）或左螺旋（L）方向振動，光子則可能發生圓偏振。
物理學家很早就知道，這兩種偏振方式（平面或者圓）之間是密切相關的。平面偏振光可以用來産生圓偏振光，反之亦然。例如，一束水平偏振光由等量的右旋偏振光和左旋偏振光（L）以特殊的方式組成，同理一束右旋偏振光可以被分解為等量的水平偏振光和垂直偏振光。這對于單個的光子也成立：例如，一個右旋偏振的光子的狀态可以被分解為水平偏振和垂直偏振的特殊複合。如果對一個右旋狀态的光子測量平面偏振而不是圓偏振，則發現水平偏振狀态或垂直偏振狀态的概率是相等的，這就是單粒子版本的薛定谔的貓。
