我们站在了真理的边缘-浅谈超光速的可能性.docx

本科生课程论文学年、学期：2012 ~ 2013学年秋冬学期课程名称：物理学与人类文明题目：我们站在了真理边缘姓名：学号：3110104400任课教师：盛正卯、叶高翔我们站在了真理边缘--浅谈超光速的可能性吴函烁，3110104400光电信息工程摘要：文章开头由狭义相对论展开对于超光速现象的认识，并举例说明，阐释了我们应该如何对超光速进行理解，其后又根据物理学发展史论述了超光速的可能性。关键词：狭义相对论；超光速；可能性中图法分类号：N06We Are At The Edge of The Truth--A Brief Chat On Super Velocity of LightWu Han-shuo,3110104400Dept. of Optical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310058, ChinaAbstract:At the very beginning of the article, it first raises the concept of special theory of relativity. Thenit briefly discusses the superluminal phenomenon and makes examples, illustrating how we understand the concept of super velocity of light. At the end of the article, through the analysis of the development of physics, it expounds the the possibility of super velocity of light.Key words:special theory of relativity;super velocity of light;possibility引言最近上帝粒子一事闹得沸沸扬扬，上帝粒子是当前物质理论中最后一个未被发现的粒子，自然界中物体之间的相互作用力可以划分为4种，即引力（重力）、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后，理论物理学家开始尝试建立统一的模型，以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子，这就是标准模型。该模型把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类，预言了62种基本粒子的存在。随着实验物理学家把加速器越造越大，标准模型预言的未知粒子全都在实验中现身，只有最重要的希格斯玻色子，即所谓的“上帝粒子”，仍然“在逃”。上帝粒子是否存在呢？光速是不是宇宙的极限速度？一、超光速的可能性1.1狭义相对论1905年，Einstein发表了著名的狭义相对论，光速不变作为其中的一个重要的基本假设。Einstein认为一切实物和信号的传播速度都不会超越真空中的光速。狭义相对论在逻辑上严密的，无论是它的基础(光速不变性，相对性原理)在许多自然现象中的应用，还是大量以它为基础的结果——质能关系式、核能的开发、现代加速器技术、光子的动量、康普顿效应、穆斯堡尔效应等等，都已被实验所证实。所以，它不仅引导人们准确深入地认识客观世界的本质，同时得到了大规模的实际应用。尽管它的许多结果在一定范围内跟我们基于日常经验并用经典理论表述的一些东西相矛盾，但是我们认为矛盾的事物或现象的出现常常是因为对现象的分析过于肤浅或表述得不够严密而导致的。比如，有人说:狭义相对论认为在自然界不存在超光速。其实，在狭义相对论中并没有这样的论断，其中所说的完全是另外的内容：“实物粒子和信号传递的速度不可能大于真空中的光速”。显然，这种确切的表述并没有完全排除存在超光速的可能性，只是说实物粒子的速度不能超过真空中的光速。1.2“超光速”现象我们都知道光在不同的介质中传播速度不同，它的速度v=c/n，其中n为介质对这种光的折射率。所以在同一种介质中其他物质的速度超过光速是完全可能的。1.2.1切连科夫-瓦维洛夫辐射1934 年，当时作为瓦维洛夫的研究生的切连科夫发现了一种不同于荧光的辐射，它是由液体中快速电子的运动所引起的。1937年塔姆和夫兰克证明，这种辐射的原因是由于电子以超过光在媒质中的速度运动产生的，尽管它小于光在真空中的速度。如果已知媒质的折射率n 1，则在其中光速v光= c/nc ，电子(或其它带电粒子，如质子)以c/n vc 的速度运动是完全可能的。由于这个发现，切连科夫、塔姆和夫兰克荣获了1958 年诺贝尔物理学奖。1.2.2德布罗意波我们知道，如果粒子的静止质量为m0,速度为v,则其对应的德布罗意波长为,此时，此波的相速度为v相=E/p，而群速度为v群=dE/dp，式中为粒子的能量