怎样理解电磁波的相速可以大于光速的物理意义？

电磁波的相速度确实可以超光速，而且是超越真空中的光速。

这并不违反相对论，因为相速度只是人类虚构的一个“速度”，并不具有实际意义，自然不用受光速限制。

其实这还涉及到“信息是什么”以及“数学与物理的区别”等问题，里面有不少内涵，下面就带大家看一看相速度是怎么被虚构出来的。

相速度与群速度这是两种常见的波速，区分这两种速度很简单，可以借助太阳光轻松理解。

太阳光是白光，白光是由各种颜色的光组成的。

每一种颜色的光都有自己的传播速度，这就是相速度，合成的白光的整体传播速度就是群速度。

在介质中，每一种颜色的光的传播速度都不同，这也是三棱镜分解白光的原理。

光是一种波，光的颜色不同，其实就是光波的频率不同。

这也就是说：不同频率的光在介质中的传播速度通常也不同，这也是相速度和群速度不同的原因。

现实中的波（电磁波、机械波）其实都是由多种频率的正弦波叠加而成的，这就是人类为现实中的波建立的模型，其实也就是傅里叶变换的思想。

在这里，我们不需要知道傅里叶变换到底是什么意思，我们只需要知道：人类用多种频率的正弦波的组合来描述现实中的波。

这里默认大家知道正弦波，其实大家不知道正弦波也没关系，只要知道正弦波是下面这个样子就行了。

所以，相速度其实也就是正弦波的传播速度，这是理解电磁波的相速度可以超光速的关键。

相对论的光速壁垒知道了相速度和群速度的区别，我们还需要知道相对论限制的速度到底是什么速度。

人们通常说的“不能超光速”指的是：不能通过速度叠加的方法超光速。

信息或能量的传播速度不能超光速。

（这里的重点是第二条）所以，相速度可以超光速其实就是说：正弦波不能传递信息。

不存在的正弦波正弦波是很多人接触过的唯一一种波，甚至于只要谈到波，很多人脑子里就会自觉浮现出正弦波的形象。

但是正弦波仅仅只是一个虚构的数学模型，现实中不存在正弦波。

我们还是先看一看正弦波不能传递信息的问题，这其实涉及到一个有趣的话题：如果有人给你发了一条语音，那么在把这条语音听完之前，你应该不知道这条语音到底说了什么内容。

也就是说语音播完以后，信息才传输完毕。

再来看一看正弦波，正弦波可以完全用正弦函数描述，正弦函数可以用一个解析式表达。

如果一个信号是正弦波，那么我们只需要接收一小段的信号就可以写出正弦函数的解析式，我们就可以知道还没接收的信号传达的信息。

上面描述的就是关于通信的一个小悖论，这个小悖论其实是对函数的质疑，也就是说：一切能写出具体的解析式的函数都不能传递信息。

所以我们大多数人接触过的函数都不能传递信息，而信息的传递和能量的传递目前看来是分不开的，可以认为：不能传递信息，就不能传递能量。

不传递能量的过程，目前可以认为不存在，所以正弦波不存在于现实世界。

上面这种说法不严谨，不过基本思想是说出来了，大家凑合着看。

可能有些读者会怀疑：正弦波难道不能用“发射”和“不发射”传递代表0和1的数字信号吗？

当然不能。

我们一定要对正弦波（正弦函数）的性质敏感一点，正弦函数的定义域是从负无穷到正无穷，也就是说正弦波是一种“没头没尾”的波，根本连发射和接收都无从谈起。

所以说，“发射正弦波”这种现象根本不存在，正弦波也传递不了数字信号。

大家一定要谨记：现实世界没有正弦波。

与正弦波对应的相速度自然也没有现实意义，可以超光速也是很正常的。

这确实可以对应一个笑话：人的思维比光速更快。

讲一点点物理：色散虽然相速度超光速并不是什么稀罕事，但是也没那么容易发生。

在物理学中，电磁波的相速度超光速的现象其实有一个专业名词：反常色散。

我们通常见到的色散属于正常色散，也就是真空中的光进入介质以后，速度变慢。

反常色散就是真空中的光进入介质以后，速度变快。

这其中的具体原因和介质内部电子的固有振动频率有关，非常复杂，在这里就不多做介绍了。

不过一些简单的结论还是可以谈一谈的：光波的频率接近介质内部电子的固有振动频率的时候，发生反常色散，其它时候发生正常色散。

所以反常色散确实罕见。

补充：群速度也可以超光速你没看错，不仅相速度也可以超光速，群速度也可以超光速！而且也是超过真空中的光速！这可不是什么民科言论，而是在100多年前就被写进教科书里的“常识”（具体可以查看玻恩写的《光学原理》），没有违反相对论。

很多人都认为群速度不能超光速，因为他们都把群速度当成了：信息或能量的传播速度。

难道不是吗？

当然不是！波速可是一个博大精深的概念，至少有5种波速：相速度：等相位面的传播速度。

群速度：等振幅面的传播速度。

信号速度：信息传播的速度，难以定义。

能量速度：能量传播的速度，要用波的能流密度定义。

波头速度：波包最前端的传播速度，总是等于真空中的光速。

在这里只谈一下群速度超光速的条件，在强色散介质中，群速度可以无限大，甚至可以为负值。

这是由群速度的定义造成的，具体内容也很复杂，我们只需要知道定义非常重要，群速度本身就是等振幅面的传播速度（具体内容依旧很复杂，照例不提了），不是用波的能流密度定义的速度。

所以群速度本身也没什么实际意义，只是在很多时候碰巧等于能量的传播速度而已。

总结说白了，波速超光速的现象都没有实际意义，都很正常。

关键是要分清楚哪些模型有现实意义，哪些模型没有现实意义。