【中微子超过光速】中微子超光速非偶然 时光倒流无法实现(图)

2019-12-28 - 中微子

昨天下午,美籍华人学者张操做客第136期新民科学咖啡馆时预测说,即使5月份的实验再度验证中微子的速度超过光速,超光速之争也不会那么快就有定论,“中微子只超光速一点点,在现有的实验误差面前,还是不能令人信服”。他认为,如果超光速现象被证实存在,也不意味着狭义相对论被颠覆,“狭义相对论在电磁作用范围内依然适用,届时可能需在时空观方面有所修正。”

中微子超过光速

实验结果未有定论

在基本粒子家族中,中微子被张操教授喻为“宇宙中的小精灵”,它不带电,是中性粒子,行为也难“捉摸”。通常,物理学家认为中微子是以光速运动。

但去年9月,意大利格兰萨索国家实验室的科研人员却在一个名为OPERA的实验项目中,接收到了来自距离730公里外的欧洲核子研究中心的中微子,并意外测得它竟然“跑”得比光快了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)。据张操介绍,超光速中微子虽然是一个高难度的高科技实验,但其测量原理却是小学生也懂的知识——速度等于距离除以时间。

中微子超过光速

该实验里的距离和时间是利用全球定位系统(GPS)测得的,测速方法可能存在的问题也正在这里:据欧核中心的声明,实验中连接电脑和GPS装置的光纤连接器有松动,需进一步测试才能下结论。张操认为,这倒说明了欧洲实验人员对于实验结果是高度负责的。严谨的科学发现需要重复很多次实验才能有定论。

“跑过光”可能非偶然

其实,关于超光速中微子的假想由来已久。在1985年的一次国际会议上,张操就曾提出过“中微子可能是超光速粒子”的大胆猜想,并指出:在地球尺度,目前不能测量到超光速和光速的时间差。“1987年2月,超新星SN1987A爆发时,科学家就发现其中既有中微子又有光子,中微子到达地球的时间比光子早了3个多小时。

”张操分析说,这一现象当时并未受到多大的关注,因为超新星究竟是怎么爆发的尚未可知,中微子比光子早到的原因可能是中微子“抢跑”,也可能是光子在途中遇到了阻碍。

假设有朝一日,超光速现象获得了公认,它和我们的生活又有何关系?张操说,从基础理论到实际应用总有一个过程,通常至少需要二三十年的时间。目前可以预见的是,超光速粒子对量子计算机的研发会有帮助,它能提高计算机的速度和保密性。

本期新民科学咖啡馆的嘉宾主持、中科院院士、中科院上海技术物理研究所研究员褚君浩表示,“人类对世界的认识还非常有限,比如,我们现在所知的物质数量只占世界物质总量的5%。需要有更多机会对物理学问题做深度探讨。”

“时光倒流”无法实现

对很多“穿越迷”“时光机粉丝”而言,从超光速会联想到时间倒流,是否可美梦成真?张操指出,这其实是人们对超光速现象的一大误解。物理学中存在多种对时间的定义,既有相对时间又有绝对时间。“时间的定义不应局限于一种特定的物质运动,例如光的运动。世界上即使没有光线,也照样有时间。”

真实的时间,和相对论时间是两回事。出现超光速时,仅仅说明狭义相对论定义的相对时间不再有效,可并不会破坏因果律和真实时间。“穿越”“时光机”出现在娱乐游戏中无妨,但在科学层面,过去的时间就是过去了,不会再倒流,即使有了超光速,超光速粒子的时间依然是正向的,人终究回不到过去。

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据了解,在OPERA实验9月发表结果后,涌现了至少140篇论文,大部分是讨论可能的解释的,也有不少是质疑和反对的。曹俊告诉记者,其中最有名的是诺贝尔奖获得者格拉肖与合作者安德鲁科恩(AndrewCohen)教授的文章,在一个比较合理的假定前提下,他们认为如果中微子真的超了光速,将会导致辐射损失能量。

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