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八、关于超光速的争论
八、关于超光速的争论【1】
《自然杂志》19卷4期的?‘探索物理学难题的科学意义的?97个悬而未决的难题:59.超光速佯谬能否解决??60.快子佯谬能否解决??
费因伯格和苏达山(上世纪中叶物理学家)认为:狭义相对论并不排斥超光速,只是暗示假如真的存在超光速粒子,那么这种粒子将碰到另一种“光障”——速度永远也不能小于或等于光速。而且这些粒子的行为一定很怪异,如:失去能量时速度会变得更快,当能量接近于零时,速度将会变得无限大。
人们所感兴趣的超光速,一般是指超光速传递能量或者信息。根据狭义相对论,这种意义下的超光速旅行和超光速通讯一般是不可能的。目前关于超光速的争论,大多数情况是某些东西的速度的确可以超过光速,但是不能用它们传递能量或者信息。但现有的理论并未完全排除真正意义上的超光速的可能性。天文学家在观测河外天体的时候,曾发现有许多双源结构天体其横向分离视运动速度有超光速现象,这种超光速视运动现象实际是一种假象,它是由于天体辐射的光波其波前在空间中传播速度与天体运动状态有关导致的一种视运动速度失真现象。.
. 1965年,贝尔研究了对两粒子同时测量的各种结果之间可能存在的各种相关性,他用数学不等式的形式表达了寻找到的这类测量结果相关程度的理论限制。贝尔认为,可以想象存在着一个参照系,其中的事物速度比光快。实际上,在EPR实验中包含着,景象的背后有某种东西比光的行进更快。要理解这段话,莫过于把EPR效应称为缠结效应。那么是否可以利用缠结效应使信息的传输速度大于光速呢?由于量子法则的限制,对光子的每次局域测量在孤立地考虑时,产生的结果是完全随机的,因此不能携带来自远处的信息,研究人员从中得知的仅仅是根据远处测量的物体了解那里测量结果的概率是多少。各种超光速实验的情况证实了这一点。例如20世纪90年代超光速的实验此起彼伏,1993年美国伯克利加州大学R·Chiao、A·Steinberg、P·Kwait小组做的实验,发现光子穿过隧道的速度为1.7C。1995年德国人G·Nimtz等宣布做的实验,用音乐对微波源调制后,使音乐以4.7C穿过位垒。以上都是测量获得的某个超光速实验的结果,数据表明的多种性,说明超光速仅是一种概率,并且成功率很低。因为,超光速实质是一种“贝尔态测量”。
1972-1974年美国一些天文学家发现塞佛特星3C120自身膨胀的速度达到光速的4倍。到1977年又陆续发现类星体3C273、3C345 和3C279各自的两组成部分分离速度达到光速的7倍、10倍和19倍。后来,天文学家用分辨率极好的长基线射电干涉仪,又发现了10个类星体的两子源分离速度均达到光速的7到8倍。1991年,意大利国家电磁波研究院做一个实验,他们使一束微波通过波导管. 随着波导管的加长,他们发现有一部分微波以超光速穿过了导管. 奥地利维也纳技工大学也做了类似实验,他们用高频大功率激光脉冲实现高精度时间解析后发现,不管势垒有多厚,光子穿越其间的时间都是固定的. 美国加州大学赵雷蒙等人利用一种新发明的、极其巧妙的干涉仪,准确地测量出光在一种势垒中的速度是真空光速的1. 7倍. 1991年,意大利国家电磁波研究院做一个实验,他们使一束微波通过波导管. 随着波导管的加长,他们发现有一部分微波以超光速穿过了导管. 奥地利维也纳技工大学也做了类似实验,他们用高频大功率激光脉冲实现高精度时间解析后发现,不管势垒有多厚,光子穿越其间的时间都是固定的.美国加州大学赵雷蒙等人利用一种新发明的、极其巧妙的干涉仪,准确地测量出光在一种势垒中的速度是真空光速的1. 7倍.最近美国科学家在量子力学领域里做的一些实验,也发现了明显的超光速效应,这个发现在全世界引起了轰动。加利福尼亚大学的粒子物理学家亨利·斯塔普,在仔细研究了这些显示超光速效应的实验结果以后,只好说:“量子力学的确好象要求某种超光速联系”。美国物理学家杰克·萨弗蒂为了检验这些使人吃惊的实验,利用数学计算重现了量子力学实验的超光速效应。他最后说,他的数学计算表明,不仅确实存在一个超光速通讯的渠道,而且人类还能利用超光速来获得梦想不到的好处。60年代以来,有人提出了超光速粒子的新课题,他们称这种粒子为“快子’。超光速理论工作一般从狭义相对论出发,将其推广,求得既适合于慢子(低于光速的粒子)和光子,又适合于快子的相对论理论。据理论上的推测,快子具有奇异的物理性质。它的质量是虚数,它的速度将随能量的耗散而无限增加,当它的能量趋于零时,则速度趋于无穷大。快子一旦产生,就具有大于光速的速度。要使它的速度减小,必须供给它能量。如要减小到光速,则必须供给它无限大的能量才行,因此其速度不可能减小到光速或低于光速。快子的负能问题是一个复杂的问题。由于负能量的出现,将意味着任何一个物理系
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