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爱因斯坦的速度界限被打破?

时间:2011-09-28 20:03:48  来源:  作者:

中微子真是奇怪的东西。你以为已经摸透了它们,可它们却抽走你脚下的毯子,让你一下子回到1905年,也就是现代物理学开始之前。

打破基础概念

意大利格兰萨索国家实验室的一群科学家认为,他们目睹的现象可能要求人们撕烂几百万本物理教科书,以及我们对量子力学的一切认识,或许还有我们简单的与生俱来的因果观念。

真空中的光速为每秒299792公里。这是现代粒子物理学的基石。但是,他们测量的中微子穿越大概730公里距离(从日内瓦附近的欧洲核子研究中心到格兰萨索)比光速快了60纳秒。60纳秒在我们这个慢吞吞的世界也许显得微不足道,但相当于比光速快了大约1.9万公里/小时。

在很多时候,科学并不是通过逐渐地、经常地修正而发展。更常见的情况是:科学家数十年甚至数百年里一直像疯子似的沿着死胡同挖掘,直到某天突然冒出一个天才,或者偶然的发现,把最初的假设及其宝贵的确定性彻底推翻。

如果格兰萨索科学家团队提出的“异常现象”是真实的,那将彻底打破原因先于结果的基础概念。可以理解,这种事发生后总会有一定程度的不理解和抗拒。科学家尽管可能客观,但仍然是人。

如果这些既可爱又可怕的中微子速度比光还快,那意味着它们的信号可能送到过去,导致因果矛盾。

正如物理学家、伦敦大学学院的马克·兰卡斯特教授解释的:“把超光速中微子想象成一个钟表,我们根据光子——这种中微子发出的光——判断时间。”

“中微子滴答滴答释放出光子,比如在正午12点,然后花一些时间以光速来到你面前,你看到它后说,是12点。但中微子钟本身比它释放的光子快,所以在半路上超过光子。”

“比如说,它超过12点发出的光子,释放出12点零1秒的光子,12点零1秒的光子会在12点的光子之前到达你这里,你就会看到时间向后走,也就是说,你看到的钟从12点零1秒到12点再到11点59秒。”

质疑观点众多

但是,光速是否就此打破?还是那群意大利人出现了某种计算错误?

另一位物理学家、萨里大学的吉姆·哈利利比多数人都要坦率而唐突:“让我以实际行动做出表示:如果欧洲核子研究中心的实验证明是对的,中微子打破了光速,我会在电视上现场吃掉我的平脚短裤。”

如果你是赌徒,你或者把钱押在格兰萨索的科学家出了错上面,要么是他们没能解释的某种外力,要么是测量出了问题;或者把钱押在这种解释上,只因为这可能性更大。

那些意大利人才华出众,而且一贯谨慎。他们反复核对,结果据说在6个标准偏差以内:对这样一项研究来说,这个误差幅度足够小了。但是,他们的研究成果与先前对中微子开展的实验相矛盾。

2007年,欧洲核子研究中心在大西洋对岸的竞争对手费米国家实验室发现,中微子的速度与光速一致。

此外,还有其他解释。有些人提出,超新星释放大量中微子,我们应该看到超新星的光之前(事实上是大概3年以前)就关注到中微子。然而,中微子并不都一样,穿越从日内瓦到格兰萨索的中微子也许比超新星发出的中微子接受了更大的能量。换言之,并非所有中微子都能超越光速,只有被我们干扰的才能。

另一种解释或许是,那些中微子大概觉得瑞士平淡乏味,于是穿了近路。这种看法认为,它们或许在时空中找到一个洞,因此表面看来比光速快,实际上却以光速穿行,只不过距离短得多。

想象在一张纸的两点之间画一条线,然后把这张纸从中间对折,两个点就很接近。这或许就是中微子做的——据说如此。

影响相关理论

20世纪的物理学家用超光速粒子描述比光运行速度更快的假设存在的亚原子粒子,但这是理论,而非现实。格兰萨索发现了某种有假想质量的超光速粒子,从而证明,此前一直只是可能存在的亚原子粒子的确存在。

如果格兰萨索的发现得以证实,弦论的支持者当然会感到高兴。他们会坚称,他们的“球”突然又回来了。弦论假定宇宙中存在很多个维度,10年来,这种理论的学术地位一直在下降。

此外,你只能想象欧洲核子研究中心的科学家会想些什么,那么多金钱和注意力集中在大型强子对撞机以及对基本粒子的搜寻上。

粒子物理的标准模型预示这个“畜生”存在,据猜测它一下子就能解决一大堆理论上的矛盾。但是,趁人不注意的时候,标准模型本身可能已经被炸得粉碎。


 

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