超光速粒子被欧洲科学家证实存在吗?

中超03
光速粒子被欧洲科学家证实存在吗?
导读:根据新理论,光速不是极限速度。“欧洲核子研究中心”周四(2011年9月22日)宣称,研究中心与世界更大的意大利格兰萨索物理实验室,合作测试亚原子(或称超光速粒子tachyons)速度比光粒子快的实验成功!根据《路透社》报导,“欧洲核子研究中

根据新理论,光速不是极限速度。

“欧洲核子研究中心”周四(2011年9月22日)宣称,研究中心与世界更大的意大利格兰萨索物理实验室,合作测试亚原子(或称超光速粒子tachyons)速度比光粒子快的实验成功!根据《路透社》报导,“欧洲核子研究中心”(European Organization for Nuclear Research,CERN)发言人伊雷迪塔托(Antonio Ereditato)表示,科学家们已经进行这项性的科学实验三年,研究小组从位于瑞士与法国边界的研究中心,将属亚原子(sub-atomic particles)的中微子(neutrinos),传送到730公里外的意大利的格兰萨索(Gran Sasso),其速度比光速快了60纳秒(nanosecond)。

“欧洲核子研究中心”使用一座设置在研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider),将中微子传送到距离罗马以南120公里的格兰萨索实验室,这是一个为了探索宇宙起源的特殊设备。

而被传输的中微子在实验的全过程中,还必须穿透过水、空气和岩石等物质,才能抵达位于意大利的地下实验室,这座吸引来自22个国家、近750名科学家,在其中研究的世界更大宇宙及物理粒子研究实验室。

伊雷迪塔托说:“我们对这项实验结果很有信心,因为我们已一再确认可能发生的测量错误因素,但是到目前为止没有发现任何误差。”

此一划时代的发现若没有实验错误的话,从此将改写爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论:“光速是‘宇宙常数’(co *** ic constant),而宇宙中没有任何物体快过光速。”这则人类遵循近一世纪的物理定律。

爱因斯坦的理论称霸了物理界一个世纪,并被物理学家称作“物理标准模式”。如今这个理论,将被邻近日内瓦的“欧洲核子研究中心”,以及位于意大利中部的格兰萨索的两个实验室,联合进行的科学研究推翻。

许多科幻小说的情节曾描述过,关于时空旅行的概念,如果超越光速的极速亚原子存在的话,那么根据相对论的方程式,就可以用它进行时空旅行。如今这项跳出既有思维窠臼的物理实验已成功,时空旅行的概念,也可能不再是科幻小说的空想。

亚原子又称次原子,是指比原子还小的粒子,其中包括中微子。人类是在1934年,首次确认中微子的存在。当时是在核子反应炉的环境中,于大量放射物质的衰变过程中,发现了少量的中微子存在。

中微子对物理研究专家而言,至今仍充满了神秘的色彩。科学家表示,中微子能穿透大部份的物质,甚至在经过长距离的传输过程中,其质量也不受影响或减弱。以人体为例,每天就有数百万的中微子,穿透过人类的躯体。

在科学期刊《自然》上有一篇文章。 研究人员发射出1个激光光波,并让它穿过铯气室,结果发现,当这个激光光波的尾巴还没完全进入铯气室前,波的前段就已经从另一端钻出来。研究人员表示,激光光波在铯气室前进的距离是同一时间在真空中所能穿越距离的310倍,研究人员推测,可能是铯原子改变了光的性质,所以这个激光光波才比真空中的光速快。研究人员表示,至少在这种实验室环境下,光速是可以再往前推进的。王利军表示:“我们的研究显示,没有什么东西能比光速快的观念是错误的。”

在七十年代前后,射电天文学家发现,宇宙中有4个致密的河外类星体射电源。河外射电星体有时会抛出一、两对射电星云——射电子源,这似乎是一次猛烈爆炸引起的,它们彼此高速分离,其中大约有半数出现超光速运动,甚至达到光速的5倍至10倍。

速度本是相对的,物理本质与参照系无关。

新理论光速只限制视界的大小,不改变物理本质。因此相对论是可以适用于任何特定波速测量的效应。

相对论是解决高速运动物体的物理现象,为何不符合牛顿定律规律的。

这里面有两个关键点:相对的概念,现象与物理本质的区别。

理解这两点,就可以正确理解相对论了。很多人都没做到。

有些相对论结论,是人们误解了相对论。

时间本是人类为表述自然过程而制定的一个参数。它确实应该象牛顿所说,与其它事件无关的均匀流逝,其它的时间,都是不符合定义的。所以,时间不会倒流。不会出现时空穿梭。

运动是相对的,时间是均匀的,空间是平坦的,在密闭运动火车内部 发出的光,就是相对于车外静止参照系以超光速运动。

如果我们超过声速,我们就追上了钟以前发出的声音,比如我们1点从钟处出发,于是听到钟是这样报时的:59(分),58(分),57(分)!这个就是超光速时间倒流的通俗解释。

几种看似超光速,实质上不是超光速的事例:

1.切伦科夫效应

媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。

2.第三观察者

如果A相对于C以06c的速度向东运动,B相对于C以06c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以12c的速度增大。这种“速度”--两个运动物体之间相对于第三观察者的速度--可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中,在A的坐标系中B的速度是088c。在B的坐标系中A的速度也是088c。

3.影子和光斑

在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。

4.刚体

敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,因此不可能超过光速。(一个有趣的问题是,竖直地拎着一根棍子的上端,突然松手,是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落?答案是上端。)

5.相速度

光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指连续的(假定信号已传播了足够长的时间,达到了稳定状态)的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”。很显然,单纯的正弦波是无法传递信息的。要传递信息,需要把变化较慢的波包调制在正弦波上,这种波包的传播速度叫做群速度,群速度是小于光速的。(译者注:索末菲和布里渊关于脉冲在媒质中的传播的研究证明了有起始时间的信号[在某时刻之前为零的信号]在媒质中的传播速度不可能超过光速。)

6.超光速星系

朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速。这是一种假象,因为没有修正从星系到我们的时间的减少。

7.相对论火箭

地球上的人看到火箭以08c的速度远离,火箭上的时钟相对于地球上的人变慢,是地球时钟的06倍。如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间,将得到一个“速度”是4/3 c。因此,火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动。对于火箭上的人来说,时间没有变慢,但是星系之间的距离缩小到原来的06倍,因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动。这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。

8.万有引力传播的速度

有人认为万有引力的传播速度超过光速。实际上万有引力以光速传播。

9.EPR悖论

1935年Einstein,Podolski和Rosen发表了一个思想实验试图表明量子力学的不完全性。他们认为在测量两个分离的处于 entangled state的粒子时有明显的超距作用。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息,因此超光速通信不存在。但是关于EPR悖论仍有争议。

10.虚粒子

在量子场论中力是通过虚粒子来传递的。由于海森堡不确定性这些虚粒子可以以超光速传播,但是虚粒子只是数学符号,超光速旅行或通信仍不存在。

11.量子隧道

量子隧道是粒子逃出高于其自身能量的势垒的效应,在经典物理中这种情况不可能发生。计算一下粒子穿过隧道的时间,会发现粒子的速度超过光速。

一群物理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验:他们声称以47c的速度穿过114cm宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲。当然,这引起了很大的争议。大多数物理学家认为,由于海森堡不确定性,不可能利用这种量子效应超光速地传递信息。如果这种效应是真的,就有可能在一个高速运动的坐标系中利用类似装置把信息传递到过去。

Terence Tao认为上述实验不具备说服力。信号以光速通过114cm的距离用不了04纳秒,但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号。因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验。

12 卡西米(Casimir)效应

当两块不带电荷的导体板距离非常接近时,它们之间会有非常微弱但仍可测量的力,这就是卡西米效应。卡西米效应是由真空能(vacuum energy)引起的。Scharnhorst的计算表明,在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速(对于一纳米的间隙,这个速度比光速大 10-24)。在特定的宇宙学条件下(比如在宇宙弦(co *** icstring)的附近[假如它们存在的话]),这种效应会显著得多。但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。

13.宇宙膨胀

哈勃定理说:距离为D的星系以HD的速度分离。H是与星系无关的常数,称为哈勃常数。距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离,但这是相对于第三观察者的分离速度。

14.月亮以超光速的速度绕着我旋转!

当月亮在地平线上的时候,假定我们以每秒半周的速度转圈儿,因为月亮离我们385,000公里,月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里,大约是光速的四倍多!这听起来相当荒谬,因为实际上是我们自己在旋转,却说是月亮绕这我们转。但是根据广义相对论,包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的,这难道不是月亮以超光速在运动吗?

问题在于,在广义相对论中,不同地点的速度是不可以直接比较的。月亮的速度只能与其局部惯性系中的其他物体相比较。实际上,速度的概念在广义相对论中没多大用处,定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难。在广义相对论中,甚至“光速不变”都需要解释。爱因斯坦自己在《相对论:狭义与广义理论》第 76页说“光速不变”并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候,如何确定速度并不是那么清楚的。

尽管如此,现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的。当距离和时间单位通过光速联系起来的时候,光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义。在前面所说的例子中,月亮的速度仍然小于光速,因为在任何时刻,它都位于从它当前位置发出的未来光锥之内。

从理论上来说,光是这个位面最快的物质了。只看我们这个位面,任何有重量的物质都快不过光速,所以光是我们能探测的已知最快的物质。速度简介物质为构成宇宙间一切物体的实物和场。例如空气和水,食物和棉布,煤炭和石油,钢铁和铜、铝,以及人工合成的各种纤维、塑料等等,都是物质。世界上,我们周围所有的客观存在都是物质。人体本身也是物质。除这些实物之外,光、电磁场等也是物质,它们是以场的形式出现的物质。物质的种类形态万千,物质的性质多种多样。光是能量的一种传播方式。光源之所以发出光,是因为光源中原子、分子的运动,主要有三种方式:热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射),以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。前者为生活中最常见的,第二种多用于激光、第三种是同步辐射光与切伦科夫辐射的产生原理。简单地说,光是沿射线传播的,光的传播也不需要任何介质。但是,光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折,产生反射与折射的现象。另外,根据广义相对论,光在大质量物体附近传播时,由于受到该物体强引力场的影响,光的传播路径也会发生相应的偏折。

根据目前的物理理论,速度超过光速的物质是不存在的。根据狭义相对论的结论,任何物体的速度都不可能超过光速,这是由于相对论中的质量-能量关系所限制的。也就是说,越接近光速,物体的质量就越大,接近无限大,因此速度超过光速的物体的质量将会无限增大,这种物质也就成为了“虚物质”或“反物质”。此外,根据广义相对论的结论,光速也是宇宙中的绝对极限速度,不存在任何东西能够超过光速。因此,速度超过光速的物质在目前的物理学中是不可能存在的。

真空中的光速是宇宙中最快的速度,为什么光速最快呢?真的没有物质可以超越光速吗?若是如此,宇宙中最接近光速的物质又是什么呢?

每秒299792458米,这就是光在真空中的速度,这个速度是宇宙中最快的速度,是任何物质都无法超越的速度。请注意,光速的最快并不是说至今还没有发现比光更快的物质,而是从理论上就不可能有任何物质的速度超越光。这是因为光是宇宙中一种特殊的存在。其特殊性就在于光是没有质量的。而除了光以外,宇宙间的一切物质都是具有质量的,而质量就是限制速度的关键。

通过测量可知,随着物体运动速度的增加,质量也会相应增加。

我们可以根据质能方程来计算出质量增加的具体数字,随着速度的逐步增加,质量会越来越大,如果假设任何一个有质量的物体运动速度达到光速,那么于此同时,它都将具有无限的质量,要知道,没有什么能够具有无限的质量,就连黑洞也不行,而且无限的质量就意味着要以无穷大的能量来驱动加速,而宇宙间的能量显然是有限的。而光就不同了,光不具有静止质量,所以它运行的速度就是宇宙中的极限速度。光速最快,光速不可超越,这无可争议。

那么宇宙间与光速最为接近的物质是什么呢?

目前宇宙中发现的最接近光速的是一种被称之为Oh-My-God的粒子,这个名字还真是有趣。人类首次探测到Oh-My-God粒子的存在还是在上世纪九十年代,从那时候开始至今,人类对于这种神奇粒子的探测记录总共只有72次,平均下来,每年只有两次。这种粒子的本质实际上是一种高能宇宙射线。那么,这种粒子到底有何神奇之处,使得它能够被命名为Oh-My-God呢?首先,我们来说说能量。目前已知的河外星系天体所释放的最强电磁辐射能量如果换算成焦耳的话,大约为000000255焦耳,而这种粒子,一个的能量就高达51焦耳。

也就是说一个Oh-My-God粒子所蕴含的能量是已知河外星系天体所释放的最强电磁辐射的两千万倍。

单单凭借其能量就足以当得起Oh-My-God这个名字了。既然它是已知的最接近光速的物质,那么我们就来看看它的速度吧。这种粒子的运动速度可以达到光速的9999%,如果只是短暂的观察,根本无法发现这种粒子运动速度和光速的差距。Oh-My-God粒子是已知的最接近光子运动速度的物质。而还有一种粒子的运动速度比Oh-My-God粒子还要快,只是与Oh-My-God粒子不同,这种粒子并未真实探测到,它是存在于科学家们的假设之中的。

这种假设的宇宙间最快的粒子就是普朗克粒子。

科学家之所以假设出普朗克粒子,并不是为了要展现人类的想象力有多么丰富,而是为了研究普朗克尺度而必须假设出来的物质。普朗克粒子无论在能量还是速度方面都远远超过了Oh-My-God粒子,从本质上来讲,普朗克粒子本身就是一个微型黑洞。普朗克粒子虽然是假设的,但并不代表现实之中就一定不存在,只不过其就算存在,我们也很难发现,因为这种粒子很短命。普朗克粒子的本质就是一个微型黑洞,而根据霍金辐射理论,这种微型黑洞从诞生到蒸发消失就是一瞬间的事情。

法国天文学家弗拉马利翁曾写过一本科学幻想小说,书中描述了一位以大于光速运动的主人翁在宇宙空间旅行,碰到了一系列不可思议的奇迹:如发射的炮弹倒飞回炮口里,死去的人又复活了等等。当时爱因斯坦对这本书极为不满意,爱因斯坦认为超光速的情况是不可能的。如果一个人以超光速运动,他也不会返老还童,甚至返回到母腹子宫内,超光速完全是无稽之谈。

光速运动的粒子是超光速的必要条件,也就是说,只有光速运动才能使超光速成为可能。

一、质量的损失形成光粒子

我发现的常数:不论微观系统,还是宏观系统都遵循自身的常数——T=M^2R。对于宏观系统,M的运动速度远小于光速,M的损失使系统的半径增大。例如宇宙的变化规律:赋予爱因斯坦质能方程新的含义——宇宙的能量是从宇宙的质量损失得来的。关于这方面众所周知,我在这里不再赘述。时间和空间也是由于质量的损失得来的。新宇宙常数T:T=M^2R=(10^53)^2 432 10^26=432 10^132这就是新宇宙常数,其中,M宇宙的质量、R是宇宙的可视半径。不管数字大小如何,它是一个常数就够了。R=T/ M^2——①,质量的减少转化为空间。宇宙为何膨胀?质量换空间。宇宙的膨胀过程就是:两个质点的质量在减少,质点的质量转化为能量,两个质点的质量必然减少,宇宙的总质量减少。根据宇宙新引力常数T=M^2R,质量减少,R必然增大。所以宇宙是在质量减少的条件下膨胀的,即质量换空间。宇宙的“生长”过程,是质量换空间的过程,和热力学第二定律的描述是非常相似的。

宇宙的膨胀是变加速膨胀的,设宇宙膨胀的平均加速度为a,R=at^2/2,代入①式并整理得:t等于2T除以a的开平方再除以M——②,a、2T是常数,质量的减少转化为时间,即质量换时间。

当宇宙的膨胀速度达到更大值光速C时,加速度变为零,R=C t,代入①并整理得:t=T/M ^ 2C——③,此时M^2、C、T都是常数,时间t停止运动,和爱因斯坦相对论,光速运动时间停止相互印证。或这样解释③,C、T是常数,M^2趋于无穷大,t趋于零,时间停止。即宇宙光速膨胀,时间停止。即宇宙最终的结局——光粒子结束。

二、光粒子是超光速的必要条件

超光速是在光粒子的基础上形成的,即未超光速的物质通过辐射形成光粒子,即光子。光子形成的系统——其实,就是时空,时空是可以形成超光速系统的。根据常数:T=M^2R,此时M是光速运动的质量,即此时的系统是光速运动的量子系统。质量M在减少,R必然增大,光速运动的半径再增大,必然是超光速运动的量子系统。解析其本质:元质量的定义及论证定义:元质量就是两个元电荷的质量之和,元质量是变化的。元质量的大小和一对正、负元电荷相互绕转半径开平方成反比。元质量是粒子存在质量的原因,元质量空间大小的变化是质量变化的原因(详细论证链接地址:https://wwwtoutiaocom/a7031900307080610334/log_from=bacad48cd75e1_1639363436293 )。即光速运动的量子(元质量),环的半径再增大,必然是超光速运动的量子。也就是说,光子的频率不变,波长增大,是超光速粒子形成的本质。