05中微子超光速的解释标准.doc

中微子超光速的物理解释 (任海涛 莆田学院 电子信息工程学系 福建莆田 351100) 摘要： 中微子在1934年被确定存在。它是一种带有微小质量的粒子。意大利科学家“OPERA”项目(格兰萨索国家实验室)实验研究中微子超出光速7.4km/s。而小柴昌俊在1987年超级神冈的实验中测得中子暴比光子暴提前3小时到达地球。从这两个实验可以得出一个中微子超光速现实存在的依据。 一、中微子超光速的能量可行性分析 现在已基本确认中微子基本上不参与四种力的作用，但我们仍然可以假设中微子在穿过粒子(原子)时，在与粒子核心一定(核心半径为r，但相对作用距离L却相当小，这样就不会造成当中微子无限接近核中心时，力趋势于无穷在的奇点问题)的距离L内受到一种作用(可能并非是一种力的作用)。为了作一个量的分析，我们仍然把它用引力的形式写出来.即作用 。（1） 式中M=m1=m2 。设它们的相对原子数为N。在中微子穿过紧邻两个原子m1、 m2(相距为2R，R也大于r)的过程中，速度的变化值相对光速C很小，所以作用时间 。（2） 在中微子穿越致密物质空间时可以认为L=R，而在星际空间LR 图1 能量增量（3） 假设这种作用由强力造成，由于只知道强力约为引力的1038量级，故 如果该空间的致密物质为原子排列，那么L=R，并且L即为原子半径。 只要M为质量数接近20的原子就可以让中微子在该原子半径处达到7.4km，如果中微子从基态电子的原子半径穿过，其速度可以达到更高，也就是获得更大的能量。所以中微子超光速在某种作用下是可以达到的。这种作用正是空间收缩。 二、“OPERA”项目的实验与格拉肖的实验之间的能量分析 “OPERA”项目的实验与格拉肖的实验都对，只是一个在空间上测速，一个在瞬态下测能量，他们都没有错，只是都不够精确。格拉肖认为如果真的超了光速，中微子的能量会在飞行的过程中损失，事实也是如此，中微子在非致密空间内(-R/2,0)范围内速度在增长，其中（-R，-r）的一大段路程中速度几乎不变，只在（-r，0）段表现出来。中微子的能量在物质空间飞行过程中不断的往复加速、减速。而这种临核区的往复变动在实验室的非致密区域不容易检测出来，并且这种运行机制未被当今物理界所认识。所以就造成了格拉肖错误地否定了“OPERA”项目的实验结果。 三、光子落后中微子的原因 因为光子无质量，所以光子不会被加速。又因为光子是二维粒子，它在近核区不受空间压缩的影响而采取波动的路径在黎曼空间的直线上运行（在欧几里得空间看是曲线）。而中微子在黎曼空间曲线运行（在欧几里得空间看是直线）。从本质上说中微子与光子在黎曼空间采取了不同的运行方式，造成了同时同地同速度（同大小同方向）出发的两种粒子到达另一同一地点的时间不同。黎曼空间与欧几里得空间在原子近核区的巨大差异导致了光子落后中微子这样的结果。在可行性分析中，其实这种对中微子的作用并非是中微子超出光速多少，而是光子通过原子半径区域时，它在欧几里德空间看来速度相对于绝对真空光速慢了约，而中微子在欧几里德空间看来其速度仍等于绝对真空光速，在欧几里德空间两相比较就觉得中微子超过光子的运行速度（光速）。 四、广义相对论的扩展与延伸在“OPERA”项目实验中的研究与应用。 光谱频率的引力红移就是空间收缩造成的，并且红移值即收缩空间与未收缩空间的比值。 爱因斯坦的引力红移公式 Z（ν0 -ν）/ν0=-Φ/c2 Φ表示太阳表面与地球之间的引力势差，ν0、ν分别表示光线在太阳表面和到达地球(引力近似为0)时的频率ν/ν0=Φ/c2 =hGM/c2R2 如果式中M为空间中的一个质子，如图1，中微子通过该质子的作用区域时R到r的红移总量（也即是该段空间收缩的总量） （4） （5） 为该段空间平均红移，为R到r的距离。 在此，我们将半径为R的球形空间的密度解释为该空间中质量产生的效应，该密度效应对半径的积分产生的总效应： （6） （7） 为该段空间平均密度，为R到r的距离。 从（4）（6）两式知 再结合（5）（7）两式知 中微子通过的空间区域的密度 ， 平均红移为 、为系数，则有 如果光子在宇宙（或星系）空间走过了非常远的距离L，那么光子的红移总值（即空间总缩短量）为 因为有 ， 如果M中的原子质量数为N，在原子个数一定的情况下 。 将正比系数设为k 由三的表述知中微子通过黎曼空间的这一段距离L时，它相对光子少运行了： 令L等于光速C，因为中微子在欧几里德空间看来在1秒的时间里比光子多运行了，所以中微子相对光子的速度值就多出了。 所以中微子在欧几里德空间看来相对光速的值为 （式中为光速，N为穿越空间的主要粒子的质量数，为该空间的平