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揭秘超光速粒子的存在

2018-04-25  林小霖

人们对于速度低于光速的物质粒子了解甚多,而对速度高于光速的物质粒子——“快子”却知之甚少。

自爱因斯坦的相对论发表以来,人类的进步和思想就被限定在一个数值上——光速。

爱因斯坦于1905年发表侠义相对论称,在真空环境中,宇宙中没有任何物质的运动速度可以超过光速。这已经成为人们理解宇宙和时间的理论依据,同时也是现代物理的理论基础之一。

相对论以光速不变为前提,得出信息的传播速度不可能比光速快这个结论,因为质能等价,物体运动速度越接近光速,物体质量就会越大,将它加速就需要更多的能量,那就意味着物体的质量将变得无限大,必须有足够多的能量才能做到,所以它的速速永远不能超过光速。那为什么快子可以超光速呢?

其实相对论并不违反快子的存在,而是禁止超越光速。换句话说就是亚光速的永远亚光速,超光速的永远超光速。如果将快子也包括进来的话,光速就是一种速度的屏障或者壁垒。

不过在已知宇宙中,还是有两个速度是超过光速的,一个是宇宙诞生时的暴胀速度,一个是遥远的星系,正在以超光速离我们而去。这点和相对论并不矛盾,相对论限制的物体在空间的运动速度,并不包括空间自身膨胀。

那么宇宙中究竟有没有实际存在的物体,其运动速度超过光速呢?

1676年,丹麦天文学家奥勒·罗默测定光速是每秒22万公里,尽管比实际数值低了26%,但无疑具有重要的开创意义。而后,英国物理学家麦克斯韦建立电磁理论,才有了光传播的正确理论。为爱因斯坦的相对论革掉牛顿绝对宇宙观开响了第一枪。

在上世纪七十年代前后,射电天文学家却发现,宇宙中有4个致密的河外类星体射电源。射电星体有时会抛出射电星云——设电子源,这似乎是一次猛烈爆炸引起的,它们彼此高速分离,其中大约有半数达到光速的5-10倍。但最近的研究表明,这些超光速运动现象只是视“超光速”想象。起因于类星体发出的与观测者视线方向夹角很小的亚光速喷流,实际上并没有超过光速。

对于这些难以解释的现象,美国和西德的一些科学家经过十多年的认真观测和数据的积累,令人信服地证实他们的观测是真实的:超光速粒子在茫茫宇宙中是客观存在的。面对这种出乎意料的结果,各种假设、猜测应运而生。

1967年美国哥伦比亚大学范伯格提出一种假设,如果宇宙空间中存在由超光速的粒子组成的宇宙,在这种由超光速的粒子组成的宇宙空间中,能量为零的粒子是以无穷大速度运动的,若获得的能量越多,反而运动速度越慢,当获得无穷大的能量时,速度才减到光速。这种情况刚好与我们这个宇宙相反。

在快子组成的宇宙中,任何情况下,超光速粒子都比光速运动得快,在我们宇宙中,任何一个物体的运动速度都比光速慢。由此可见,光速是两个宇宙的分水岭。如果一个快子在真空中运行,则它经过时将会留下一道可以探测的光迹。

2000年7月,英国的《自然》杂志发表了一篇关于“超光速”实验的论文,在介质中使光脉冲的群速度超过真空中光速c,引起了人们对超光速到底是否存在的讨论,但并没有证实超光速的存在。

量子纠缠现象也是量子力学中另一大重要的发现,这种同步的纠缠现象是超过光速的,量子纠缠虽然是超过光速的,但是纠缠在一起的两个粒子本身并没有发生信息的传递,没有发生信息的传递就不会超过光速,所以爱因斯坦的理论依然是正确的。

从目前出现的一些现象来看,超光速粒子是可能存在的。

2011年9月23日,在欧洲核子研究中心(CERN),科学家们发现了意料之外的现象:被送往732公里之外Gran Sasso实验室的中微子们比光速快了60纳秒到达。用更大的数字来表示,就是光速299,792,458m/s,而他们在实验中检测到中微子速度是299,799,953m/s。

这一数值虽然只有10纳秒只差,但这一发现一旦得到证实,将会给物理界带来巨大的变动。

据英国《每日邮报》网站2011年11月18日报道,欧洲核子研究中心的物理学家们日前再度推翻“光速最快”的说法,他们通过实验反复证明中微子的飞行速度的确可以超过光速,这很有可能会颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。

一些物理学家指出,一旦有些粒子确实被证实跑过了光速,那将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法,甚至改变人类存在的模式。

突破光速不是儿戏,需要科学家们慎之又慎的反复测验,快子的存在是很令人神往的,科学家们都希望能快点捕捉到快子的存在。

一旦发现了快子的存在,人们或许可以利用它去穿越时空或去未来旅行,也可能实现超光速通信。

至今“快子”只是理论上的假想物质,目前为止没有任何实验证据证明“快子”的的存在。

可能正如牛顿的那句话:“真理就像大海一样,但在我自己看来,我不过就象是一个在海边玩耍的小孩,不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”

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