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中微子能超越光速吗

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欧洲物理学家们现在有了更新的证据来证明亚原子粒子的运行速度确实超越了光速,如果实验得到进一步证实,将打破自爱因斯坦发布其相对论以来一直被整个物理学界奉为圣经的“光速不可超越”原则
他们早前于9月份发表的初步论文在全世界范围内引发了轩然大波和广泛的质疑。于是随后他们开始着手进行进一步的验证实验和分析,试图排除之前实验中可能存在的源误差。他们借以测量的目标是从位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)发出,飞行730公里抵达位于意大利格兰·萨索(Gran Sasso)附近的地下实验室的粒子束。
达里奥·奥蒂罗(Dario Autiero)是格兰·萨索奥普拉(Opera)实验项目的负责人之一,他表示这篇发表于上周五的论文对先前的数据进行了重新分析,并排除了一些可能出现的误差。
研究人员此次改变了之前的做法,以极短的脉冲发射出中微子,持续间隔仅有3纳秒,而非之前采用的更长的脉冲。这样做可以让物理学家们更精确地确定中微子的确切飞行时间。
测量结果显示中微子从出发地抵达目的地所用的时间比它们以光速运行所需时间少了60纳秒。尽管这一速度仅比光速值高出大约百万分之二十,但即使是这样的超越也将颠覆整个物理学的基石。
而与此同时,这样的结果让理论物理学家们开始了难熬的日子。他们现在正在努力思索,试图解释这种似乎有违光速极限定理的现象,比如他们提出这些中微子是否有可能穿过一些隐藏的额外空间维度而走了捷径?


1楼2011-11-23 12:57回复

    他们打算明年进行更多的实验来进一步改进实验的精度。但是奥蒂罗本人和他的团队中160名来自全球各地的专家认为最终仍然应当由其他科学家团队在他处进行独立的验证试验才能最终判定这一结果的准确性,也只有这样才能最终打消人们的顾虑,从而赢得科学界的认同。
    其中主要的独立验证试验在芝加哥附近的美国费米实验室进行,这里一项名为“主注入器中微子振荡搜寻”(Minos)的实验中,同样有一束中微子流被射出,运行和欧洲的实验中相似的距离,并最终抵达设立在明尼苏达州的地下探测器。
    事实上早在2007年,Minos实验的科学家们便已经发现这些微粒的运行速度似乎超越了光速,但是他们没有引起重视,认为这一结论不具备统计显著性。
    乔·瓦尔丁(Joe Walding)是Minos项目科学家,他说:“我们现在重新回过头去审视我们当时的数据并尝试改进我们的系统。比如对我们的原子钟进行升级以便获得更高的时间精度。在接下来的4~5个月内我们就将有能力指出欧洲Opera实验的大方向是否是正确的,而在未来一年内我们就将有能力最终判定其实验结果是否是可靠的。”
    过对于所有这些解释,Opera实验项目的科学家们则不愿过多参与。正如奥蒂罗所说的那样:“我们只想集中精力获得更多高质量的数据。”
    


    2楼2011-11-23 12:58
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      有说超新星爆发中微子提前3个小时到达地球,求真
      真,但并没有证据证明光和中微子是同时离开超新星的。
      若能测得增强曲线,就应该能判断。
      能量爆发过程中光能是首当其冲按捺不住的,更应该首先四射。而最后中微子首先到达地球,从这一点看,中微子快于光速更有依据。
      光是很容易和介质发生作用的,会影响速度。而中微子不会。举个例子,太阳中心核聚变发出的光,需要经过上千年才能传到太阳表面,而中微子几乎不需要时间。


      4楼2011-11-23 13:02
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        欧洲实验证明 中微子在地壳环境中比光子快 2.48 X 10的负5次方。
        并不能证明就一定在真空中比光子快这么多,也许真空中两者速度非常接近,而只是快一丁点呢??


        5楼2011-11-23 13:04
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          在20世纪初,伟大的物理学家爱因斯坦在物理学家麦克斯韦所做工作的基础上进一步发展,指出光速c是一个基本常量,也是任何物质都无法超越的最高速度值。在现实世界中,唯一能真正以光速运行的“物体”是光子,即组成光的“粒子”。它穿越真空时的速度为光速。
          爱因斯坦在狭义相对论中引入了光速概念,并指出不论观察者是谁,也不论观察者的参照系,物理学定律是处处相同的。为了兼容光速不变的基础,爱因斯坦不得不对牛顿运动定律进行修正,这样做的结果便是让时间和空间这样传统意义上的绝对量变成了可变量:一个物体运动的速度越快,它所经历的时间会变慢。狭义相对论还引出了爱因斯坦最著名的质能方程 E = mc2,首次指出质量与能量之间可以相互转换。


          6楼2011-11-23 13:14
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            如果此前意大利加兰·萨索实验室的结果被证实是正确的,那么物理学家们将有理由认为狭义相对论事实上是错误的。这很棘手,因为爱因斯坦的这一理论已经经受了无数次检验并且都被证明是正确的。现在这一理论已经成了人类理解宇宙的基石。
            光速为常量这一点也构成了因果律的基础,即结果总是发生在原因之后。如果光速可以超越,那么因果律也将随之崩溃,整个物理学都将被迫推倒重写。


            7楼2011-11-23 13:15
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              这是意大利加兰·萨索的OPERA设备项目组进行的工作,其目标旨在检测中微子振荡现象。但在实验中他们发现欧洲核子中心(CERN)从730公里外发出的中微子射束比他们预料的时间更早抵达了探测器。
              今年9月,欧洲的科学家称,按照理论预计这些中微子应当花费大约2.4毫秒的时间抵达探测器,但是在反复观察3年,对超过1.5万个中微子案例进行检测计时后,科学家们发现这些中微子比理论计算值“早到”了大约600亿分之一秒,误差为大约正负100亿分之一秒。
              光在真空中的传播速度为2,9979,2458米/秒,而根据计算,这些抵达探测器的中微子的运行速度达到2,9979,8454米/秒,这令人震惊。


              8楼2011-11-23 13:15
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                不要忘记,人类历史上曾经认为:物体移动速度不能快于声音!!!


                IP属地:广东9楼2011-11-23 13:15
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                  中微子是一种电中性粒子,拥有质量但极小。它们和正常物质反应非常微弱,这一性质使得它们几乎难以被探测到,因而被赋予了“幽灵粒子”的称号。在你看这篇文章时,正有数百亿个中微子穿过你的眼睛。中微子可以在某些放射性衰变过程中产生,在原子或宇宙射线间的对撞中产生,或是在诸如太阳核心发生的热核聚变等过程中产生。


                  10楼2011-11-23 13:16
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                    如果超光速中微子的实验结果被证实是正确的,那么你可能需要到物理学一些不太主流的角落去寻找可能的答案。其中有一个理论认为中微子可以穿越某种隐藏的维度,并借此走捷径。美国费米国家实验室的乔伊·林肯(Joe Lykken)告诉《纽约s报》的记者说:“爱因斯坦的狭义相对论只对平坦空间有效,因此如果真的存在某种‘卷曲’的第五维度,或许确实有可能光速在那片区域是不同的。”


                    11楼2011-11-23 13:17
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                      美国印第安纳大学教授阿兰·科斯泰勒基(Alan Kostelecky)曾在1985年提出中微子的运行速度可以超过光速,其方法是和一种未知的,隐藏在真空中的场发生相互作用。他告诉记者说:“在这样的大背景之下,光速并非一定是自然界的速度极限,而是很有可能中微子才是运动速度最快得,光紧随其后。”


                      12楼2011-11-23 13:17
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                        物理学家们曾经设想过一种虚构的粒子,称为“速子”,它的运行速度快过光速,也因此能回到过去。但是即便是根据这种虚构的“速子”进行的模拟计算也显示,这样的粒子即使存在,也是无法和一般物质发生任何相互作用的。


                        13楼2011-11-23 13:18
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                          最近,欧洲核子研究中心宣布,与他们合作的一个意大利实验OPERA发现中微子的速度超过了光速。
                            现代物理学建立在相对论和量子论两大支柱之上,而相对论的基本假设之一,就是光速不可超越。如果发现了超光速现象,一百多年来人们深信不疑的相对论将受到严重挑战,也使科幻小说中的星际旅行和时间穿越成为可能。
                            超光速的八卦新闻以前也时有耳闻,但是这一次,由于欧洲核子研究中心在科学研究中的权威地位和中微子的特殊性,还是在科学界和公众中引起了轰动。
                            光速不变假设是怎么来的?
                            运动员在推铅球的时候,会先向前滑步,再奋力将铅球推出。身体滑步的速度,加上铅球相对于身体的速度,使铅球的出手速度更快,推得更远。在机场的输送带上行走,比在地面上行走更快。这些日常的经验告诉我们,速度是可以叠加的。
                            那么,站在输送带上向前照射的光,是不是也比地面上的光快呢?十九世纪的人们就是这样认为的。1887年,两个美国人迈克尔逊和莫雷想利用这个速度叠加原理测出地球运动的速度。沿着地球运动方向的光,应该比垂直方向的光快。可是结果却令人惊讶,不管他们怎么转动仪器,都没有发现两个方向的光速有什么不同。
                            人们花了二十年的时间来解释迈克尔逊和莫雷的实验。1905年,爱因斯坦假定相对性原理和光速不变原理,推出了著名的相对论。相对性原理,就是在匀速前进的机场输送带上,所有的物理规律都跟站在地面上时一样。光速不变原理,就是在输送带上发出的光,速度跟在地面上发出的光是一样的,不会因为输送带在向前走而变得更快,它是一个固定的值,也是宇宙中的最高速度。
                            光速不变会带来什么结果?
                            相对论的公式看起来非常简单,可是对时间和空间的理解,却是一场**,与日常经验相差很远,也导致了很多奇妙的结果。
                            首先是时间和空间不再独立。你的手表跟我的手表,看到的不是同一个时间。运动得越快,时间走得越慢。另外一个效应是空间会缩短。坐着高速飞船经过地球的话,会发现地球在运动方向上被压缩了,变成了一个扁球。速度越快,扁得越厉害,甚至看上去像一个薄饼。
                            在相对论规律成立的宇宙里,星际旅行存在一种奇异的理论上的可能性。假如我们要去一个1000光年外的星球,站在地球上看,即使飞船的速度非常接近光速,也需要1000年,看上去似乎宇航员不可能在100年的寿命内到达。但实际上,宇航员的时间会变慢,如果他以0.9999倍光速飞行,地球上的1000年,对他来说只有14年。不能不佩服中国古人“天上一日,地下一年”的奇思妙想,竟然与现代科学如此一致。换一个角度,站在这个飞船上看,飞船是不动的,目标星球在向飞船飞来。由于飞船不动,因此时间没有变慢,不过距离被压缩变短了。1000光年的距离,变成了14光年,这样,不管是站在地球上看,还是站在飞船上看,用宇航员的时间来衡量,都是14年飞到。
                            虽然星际旅行存在这种理论上的可能性,但如果一个宇航员去外星走了一趟,回来发现沧海桑田,2000年已经过去了,人非物也非,有谁会愿意吗?
                            相对论已经被无数实验证实
                            相对论的这些奇怪结果,只有速度接近光速时才显露出来,对日常生活是没什么影响的。但也不是完全没有。相对论最有名的推论就是质能关系E=mc2。由于光速是一个很大的数,它揭示了质量中蕴藏着巨大能量。原子弹和核电站就是基于这个原理,将一小部分质量转化为能量。
                            现在GPS走进了千家万户。GPS的定位信号来自天上的24颗GPS卫星。由于卫星在绕地球高速飞行,它的时间会比在地球上慢,如果不做相对论修正,一天之后定位就会差好几公里。不过更大的修正来自广义相对论中地球引力的修正。
                            一百多年来,相对论得到了无穷多次的精确检验。除了很多专门的检验实验,实验室中的“日常”现象也都在验证着。比如在高能物理的加速器中,电子或质子的能量被加速得很高,但速度只能接近光速。在北京正负电子对撞机中,电子被加速到光速的99.999997%,每秒钟在240米的加速环中转1百万圈。只要相对论稍有差池,我们就无法控制这样精密的加速过程。
                          


                          15楼2011-11-23 13:27
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                              正因为如此,不少知名科学家包括诺贝尔奖获得者,都斩钉截铁地说,肯定是OPERA实验错了。的确,OPERA实验的测量难度很大,只有这样一个结果是很难让人相信的。不过,由于中微子的特殊性,还是有很多科学家假定OPERA实验是正确的,并饶有兴味地考虑各种可能的解释。
                              怎样解释中微子超光速实验?
                              在OPERA实验结果发表后,除了科学家口头表达的看法外,几天内就出现了几十篇论文,探讨实验的结果。
                              从概率上来说,最大的可能性是这个实验本身有漏洞,只不过现在还没有被发现。有人指出了实验的几个测量环节有可能会出问题。诺贝尔奖获得者格拉肖发表论文,说明如果真的超了光速,中微子的能量会在地下飞行过程中损失,实验结果会自相矛盾。因此,当务之急是重复实验结果。诺贝尔奖获得者鲁比亚在参加北京诺贝尔奖论坛时表示,另外两个意大利中微子实验BOREXINO和ICARUS可以用来验证。美国MINOS实验也表示,他们会马上分析数据,给出一个初步结果,然后再改进测量设备,验证OPERA实验的结果。
                              第二种可能是中微子具有特殊性质,这样相对论也是对的,这个实验结果也是对的。比如说,欧洲核子研究中心发出的中微子有可能振荡到一种惰性中微子,而惰性中微子可以在多维空间中“抄近路”,然后再振荡回普通中微子,这样看起来中微子就跑得比光快了。也有人认为中微子的质量不是固定的,与暗能量有关联,会随环境变化,这样在飞行过程中看起来比光速快。诸如此类的理论很多,不过这些理论本身就需要大量实验来证实。
                              第三种可能就是相对论错了,光速是可以超过的。这个敢想的人还真不多。还是先重复一下实验,证明它对了再说吧。
                              延伸阅读
                              奇怪的中微子
                              中微子是一种难以捉摸的基本粒子,有三种类型,即电子中微子、缪中微子和陶中微子。它们质量非常小,不带电。太阳、宇宙线、核电站等都能产生大量中微子。它极难被探测,几乎不与物质发生相互作用,被称为“鬼粒子”,可以轻松地穿过人体、建筑,甚至地球,不带来任何影响。所以,中微子在概念被提出26年后,科学家才在实验室中第一次观测到这种神秘粒子的存在。中微子不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源与演化有关,例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。
                              以前人们以为中微子是没有质量的,永远以光速飞行。1998年日本的超级神冈实验发现它们可以从一种类型转变成另一种类型,称为中微子振荡,间接证明了它们具有微小的质量。不过这个质量非常非常小,到现在还没有测出来,它们的飞行速度非常接近光速,到现在也没有测出与光速的差别。由于它很难探测,是我们了解最少的基本粒子,现在还存在大量的未解之谜。正因为如此,在其它粒子都有大量证据证明严格遵守相对论时,也有不少人怀疑中微子会不会是个特例?


                            16楼2011-11-23 13:27
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                              我始终不明白,如果无论是波粒二象性的光,还是类似于宇宙飞船这样的物质,如果能达到光速,那么时间会相应的停顿么?我记得爱因斯坦曾经说过如果物质接近光速将会产生很多附加变化,类似于质量的增加等等。


                              17楼2011-11-23 14:56
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