中微子超光速
- 格式:doc
- 大小:113.50 KB
- 文档页数:3
中微子—搜狗百科一些欧洲科学家在实验中发现,中微子速度超过光速。
如果实验结果经检验得以确认,阿尔伯特· 爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战。
光速约每秒30万公里,爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速,这成为现代物理学的重要基础。
如果真的证实这种超光速现象,其意义十分重大,整个物理学理论体系或许会因之重建。
此结论:中微子要比光子快60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)【已被证实为实验失误,系电脑与全球定位系统(GPS)设备之间的光缆连接松动所致】意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置,接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束,发现中微子比光子提前60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)到达,即每秒钟多“跑”6公里。
“我们感到震惊,”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥·伊拉蒂塔托说。
2011年9月22日英国《自然》杂志网站报道了这一发现。
研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告。
(据美国《科学》杂志网站报道,去年有关中微子比光跑得快的发现曾震惊科学界,但这个实验结果实际上是由于操作失误,电脑与全球定位系统(GPS)设备之间的光缆连接松动所致。
) 挑战经典相对论是现代物理学基础理论之一,认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。
这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论。
欧洲核子研究中心理论物理学家约翰·埃利斯评价:“如果这一结果是事实,那的确非同凡响”。
法国物理学家皮埃尔·比内特吕告诉法国媒体,这是“革命性”发现,一旦获得证实,“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”。
他没有参与这一项目,然而查阅过实验数据。
比内特吕说,这项实验中,中微子穿过各类物质,包括地壳,“这也许会减慢它们的速度,但绝不会增加它们的速度,让它们超过光速”。
有待检验这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战。
2007年,美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果,但对实验的精确性存疑。
欧洲中微子实验证明中微子速度不大于真空光速摘要:电磁波在透光介质中传播时与介质发生相互作用,其速度小于真空中的光速.中微子在运动中几乎不与介质发生作用,穿透力极强。
即便如此,欧洲核子研究中心关于中微子超光速的实验恰恰证明中微子的运行速度不大于真空中的光速。
关键词:中微子超光速2011年9月24日,欧洲核子研究中心公布了一份实验研究报告,说测量结果显示中微子从出发地抵达目的地所用的时间比它们以光速运行所需时间少了60ns。
研究者认为,这可能意味着这些中微子是以比光速快的速度运行。
而按照爱因斯坦的狭义相对论,没有任何物质的运动速度可以超过真空中的光速。
此次实验观测的中微子束发自位于日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN),接收地是意大利格兰·萨索(Gran Sasso)附近的意大利国立核物理研究所的地下实验室,两地相距730km。
中微子束在两地之间的地下管道中穿梭。
研究者通过测量中微子束运行的时间和距离来判断中微子的速度。
该研究项目发言人艾瑞迪塔托说,“我们在好几个月中反复研究核对,并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响。
”他说,科研人员反复观测到这个现象达1.6万次。
2011年11月18日,欧洲核子研究中心的物理学家们再次发表论文,对第一次的实验报告进行了确认和解释。
格兰·萨索奥普拉(Opera)实验项目的负责人之一达里奥·奥蒂罗(Dario Autiero)表示,这篇论文对先前的数据进行了重新分析,并排除了一些可能出现的误差。
这两篇实验报告在物理学界乃至整个世界引起了强烈的反响.不少人认为,如果这个研究结果得到确认,将改变人类的物理观。
同时,也有不少质疑的意见.质疑的意见主要有:一是怀疑测量粒子束飞行距离和粒子束本身长度的准确性;二是怀疑假如中微子速度超过了光速,它们是如何被准确探测到的?还有人说宇宙中可能存在未知的维度,而中微子走了捷径,等等。
显而易见,上述质疑意见基本上都是从实验技术的角度而不是从基本原理出发进行考虑的。
物理学天空中新的乌云——中微子超光速!?前言上世纪初,两朵乌云徘徊在物理学的天边。
当时的所有物理学家都没能想到,这两朵乌云带来了相对论和量子力学的革命,从而奠定了现代物理学。
一百年来,这两个现代物理的支柱经受了无数实验的检验,一起支撑起了你我所存在的这个世界的生活。
从iphone到GPS定位,都离不开他们的理论基础。
但是历史往往是相似的,就不久前,在很多物理学家认为已经找到了我们世界的“大设计”时①,天空好像又飘来了一朵中微子的乌云……一、中微子的前世今生20世纪20年代末,物理学家在研究β衰变时,对于原子棱发生β衰变后所发射的β粒子的能量是连续的而感到难以理解,以致有人甚至认为在微观领域里可以不尊守能量守恒定律。
但奥地利物理学家泡利坚信能量守恒是一个普遗适用的规律。
为了解能量问题和其它如角动量守恒和衰变前后粒子的统计性等问题。
他于1930年提出在β衰变中发射了一种质量很小或为零的新粒子——中微子由于泡利提出可能存在这种中性的粒子,各种问题均得到满意的解释。
3年后费米根据泡利的中微子假设,于1933年提出了四分量β衰变理论。
该理论不仅成功地解决了光谱和半衰期等问题,而且还发现了除已知的引力和电磁力之外还存在第三种力——弱相互作用力。
存在中微子的假设一经提出,便解释了当时大量的物理实验现象并且很快为物理学家所接受。
可是人们一直不能从实验上证实中微子的存在。
1941年王淦昌先生建议用Be原子核的K 轨道电子俘获测量原子核的反冲能来证明中微子的存在。
阿伦根据王淦昌先生的建议用实验间接证实了电子中微子的存在。
但由于中微子的反应截面非常小,所以中微子存在的直接实验证实直到1956年才由柯温和幕苗斯获得。
他们利用反应堆反应产物的衰变产生的反中微子观测到了反中微子诱发的反应。
从而证实了反中微子的存在。
1962年幕蕾曼等人在美国布鲁海文实验室的33 GeV 加速器上证实了子中微子和电子中微子是两种不同的中微子。
宇宙射线所谓宇宙射线,指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。
1912年,德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中,发现电离室内的电流随海拔升高而变大,从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的,于是有人为之取名为“宇宙射线”。
宇宙射线还存在着转化、簇射的过程。
除中微子外,几乎所有的高能宇宙射线,在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞,并转化出次级宇宙线粒子,而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子,如此下去,一级一级的转化,将会产生一个庞大的粒子群。
1938年,法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现了这一现象,并将其命名为“广延大气簇射”。
时至今日,宇宙射线的研究已逐渐成为了天体物理学研究的一个重要领域,许多科学家都试图解开宇宙射线之谜。
可是一直到现在,人们都并没有完全了解宇宙射线的起源。
一般的认为,宇宙射线的产生可能与超新星爆发有关。
对此,一部分科学家认为,宇宙射线产生于超新星大爆发的时刻,“死亡”的恒星在爆发之时放射出大能量的带电粒子流,射向宇宙空间;另一种说法则认为宇宙射线来自于爆发之后超新星的残骸。
不管最终的定论将会如何,科学家们总是把极大的热情投入到宇宙射线的研究中去。
关于为什么要研究宇宙射线,罗杰·柯莱在其著作《宇宙飞弹》作出了精辟的阐释:“宇宙射线的研究已变成天体物理学的重要领域。
尽管宇宙射线的起源至今未能确定,人们已普遍认为对宇宙射线的研究能获得宇宙绝大部分奇特环境中有关过程的大量信息:射电星系、类星体以及围绕中子星和黑洞由流入物质形成的沸腾转动的吸积盘的知识。
我们对这些天体物理学客体的理解还很粗浅,当今宇宙射线研究的主要推动力是渴望了解大自然为什么在这些天体上能产生如此超常能量的粒子。
”出于对宇宙射线研究的重视,世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究。
前苏联、日本、中国、美国、法国等国家相继建立了宇宙射线观测站。
中微子的“超光速”欧洲核子研究中心2011年9月23日宣布,他们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞行,一旦这一发现被验证为真,将颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。
整个实验工作的第一步始于欧洲核子研究中心内部一个充满氢气的大罐子。
科学家们首先剥夺了氢原子的电子,使其成为一颗质子。
随后,这些质子被一系列加速器接力加速,最后进入大型强子对撞机(LHC)设备内部运行。
随后,一些质子被以10微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标并产生一束介子脉冲。
这些介子很快衰变成中微子,并穿越地层抵达格兰萨索的探测器。
在这里,OPERA,即采用乳胶径迹装置的(中微子)振荡项目,所采用的乳胶寻迹设备可以感知中微子的抵达。
根据现有理论,在从欧核中心飞抵OPERA设备的数毫秒间,其中一部分中微子将发生振荡变形,从μ中微子变为τ中微子,而OPERA实验的“初衷”正是对这种中微子振荡进行研究,试图追寻到τ中微子的踪迹。
但出人意料的是,科学家们发现,中微子比光“跑”得快。
测量中微子速度的难点在于如何精确地测量距离和时间。
在该研究中,距离通过GPS(全球定位系统)测量得到,误差为20厘米;时间通过GPS和铯原子钟测量得到,精度是2.3纳秒(一秒的10亿分之一)。
中微子实际传播了732公里,“旅行”时间为0.0024秒,计算结果表明,中微子的速度是299798454米/秒,比真空中的光速299792458米/秒快5996米/秒。
这一结果震惊了欧核中心的科学家。
在仔细考虑了实验中其他各种因素的影响之后,他们认定,实验结果经得起检验,于是决定将其公开,恳请全球同行共同对实验结果进行验证。
其实,在科学史上,这并非科学家们首次观察到“中微子比光跑得快”这一现象。
此前,科学家们在1987年对SN1987A超新星进行的研究、费米实验室进行的MINOS(主注入式中微子振荡搜寻实验)等都表明,中微子似乎比光跑得快。
但因为诸多原因,没有引发如此大的反响。
SN1987A是科学家们于1987年发现的第一颗超新星,距离地球16.83万光年。
中国如何面对中微子超光速问题(拜建军807018814bai@)黄志洵教授近期发表了一篇科普性文章“欧洲科学家的超光速实验和中国科学家的责任”,文章介绍了意大利为主的科学团队用实验发现了中微子超光速现象,以及中国科学家在相关问题上所作出的理论性工作。
教授先生经过岁月的磨练已经变得锋芒收敛含蓄委婉!作者至今保存着其所著“古今名作选摘”一书,此书序言有一段讲得好:“我们的牛顿.爱因斯坦在哪里?!我们的达尔文.麦克斯韦在哪里?!---我们民族占地球人口的五分之一,却没有五分之一的科学贡献,也没有与上述人物比肩的.真正有世界水准的科学家!直到今天,我们有了庞大的科技队伍,但有人却仍然习惯于跟在洋人后面爬行,拾人牙慧”。
值得欣慰的是,我们的综合国力与科技水平有目共睹的得到了很大的提升,神州八号刚刚完成太空之吻后顺利回到了母亲的怀抱,这是整个中华民族科技进步与骄傲的象征!但我们在欣喜之余应反思一下:1.为什么总是跟在外国人之后学习吸收后再赶超他们?2.为什么不能让外国人在基础理论或重大科技工程上学习并赶超我们?比如在世界上率实现光速乃至超光速星际航行等---。
相信此问题的解决是我国几代科学家梦寐以求的夙愿,有那么一天让洋人跟在中国人身后拾我们的牙慧并赶超我们!对于物理学的贡献而言,国外科学家做了大量典范性的工作。
三百年前以牛顿.伽利略为代表建立了经典物理学体系,现代物理学基础由麦克斯韦.赫兹.卢瑟福.玻尔.普朗克.薛定谔.洛伦兹.爱因斯坦等建立。
中国科学家在基础理论与实验物理学方面的贡献是有的,但并不是具有真正决定性意义的最重大事件!国人在物理学贡献方面的现状直接反应在诺贝尔物理学奖的归属上,至今没有一个地地道道的中国人获得此奖(先不从公正角度而争论吴健雄事件),这是十几亿中国人汗颜的现状!有人说物理学已经没有重大发现的可能了,牛顿与爱因斯坦已经给了我们全部。
换句话说中国人也没有希望了,在基础理论方面只能跟在洋人后面爬行,拾人牙慧。
超光速的基本概念是什么超光速是很多科学家都在讨论的题目,那么你知道超光速的基本知识吗?现在让我们一起来看看超光速的基本概念吧!超光速的基本概念而在相对论中,运动速度和物体的其它性质,如质量甚至它所在参考系的时间流逝等,密切相关,速度低于(真空中)光速的物体如果要加速达到光速,其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量,而且它所感受到的时间流逝甚至会停止(如果超过光速则会出现“时间倒流”),所以理论上来说达到或超过光速是不可能的(至于光子,那是因为它们本身质量为零)。
但也因此使得物理学家(以及普通大众)对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。
但是在介质中,物体的运动速度超过介质中的光速则是可能的。
因为光速在介质中会下降。
这种情况下会产生一些特别的现象。
假使物体带电,则会发出蓝色光为主的切连科夫辐射。
有可能这个理论被突破,超光速的传播还是有可能的,如果真是这样,时间倒流这些理论就会被修改2011年9月22日,意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子,如果实验数据确凿无误,爱因斯坦的相对论将会受到挑战。
OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室(LNGS)与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行,实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察,标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一(速度约为299799.892852千米/秒)超出光速,为现实中宇宙速度的极限。
考虑到这是一个潜在的影响深远的结果,在结论被驳斥或坚实建立之前,还需要更多独立而无关的测量。
但是该实验最终错误,是测量人员的技术失误。
于2012年6月8日世界公布实验错误。
超光速的定义什么是“世界线”?我们知道,一切物体都是由粒子构成的,如果我们能够描述粒子在任何时刻的位置,我们就描述了物体的全部“历史”。
想象一个由空间的三维加上时间的一维共同构成的四维空间。
由于一个粒子在任何时刻只能处于一个特定的位置,它的全部“历史”在这个四维空间中是一条连续的曲线,这就是“世界线”。
中微子真是跑过光速的黑马?国内权威物理学家在本报举办的研讨会上解疑释惑物质超过光速意味着什么?鉴于现有物理定律的约束,一旦物质超过光速的现象得到证实,那么,狭义相对论乃至现代物理学体系都将面临修正及扩充,亦由此改变人类对宇宙的认知。
这就是何以一条“中微子超光速”的消息,会迅速引起科学界和社会公众广泛关注的原因。
需审慎对待“中微子超光速”发布“中微子超光速”消息的机构是欧洲核子物理研究中心(cern)与大型中微子震荡实验(opera)项目组。
实验发现,位于日内瓦边境的cern发射出的中微子束,“翻山越岭”来到730公里外的意大利,而它们的行进速度竟比光快了60纳秒。
消息公布后,国内外物理学界对该结果颇多争议——这两大实验机构自有其权威严谨的口碑,但他们的实验过程与手法亦存在普遍受质疑之处。
对于普遍最“纠结”的超光速的可能性问题,清华大学高能物理研究中心和工程物理系教授何红建在发言中指出:“如果超光速是真的,标准模型的另一个基本对称性——时空对称性(洛伦兹对称性)就会被破坏。
那么洛伦兹对称性破坏预期的能量尺度究竟在哪里?标准模型自身也无法提供这样一个尺度。
”这样一来,洛伦兹破坏效应就只能受到普朗克尺度的压低。
而对于opera实验来说,压低因子就小到10-18量级,远远小于opera实验声称的10-5量级的超光速效应。
“虽然我们不敢说10-5量级的洛伦兹破坏效应绝对不会发生,但可以肯定,其发生的可能性非常小。
因此,如果opera 结果没有得到其他实验的独立验证,理论家们绝对不会感到任何意外。
”中科院高能物理所研究员张新民的观点则是,中微子超光速的结果让物理学界许多人都持怀疑的态度。
但需注意的是,opera实验组的人员也是优秀的中微子专家,对于流传的各种漏洞、误差,很可能已都在他们的计算范围之内。
除非这其中有些现阶段还有未被人知的误差情况存在。
“因而到目前为止,还只能说实验结果遭受质疑,却不能定论说完全错了,这需要进一步的实验来检验。
中微子的超光速现象
中微子的超光速现象是指物理学家发现一些中微子(如神经介子)的传播速度超过光的传播速度。
这一发现引起了物理学家的广泛兴趣,因为它违背了相对论中的一条基本原则:“没有任何物质的传播速度可以超过光的传播速度”。
实验表明,在各种情况下,中微子的传播速度均大于光的传播速度,但该现象不能被解释为一般相对论。
为此,物理学家利用超相对论的原理,认为多年来被认为是无效的“非传统视角”实际上是有效的。
根据超相对论,当物体的动能足够大,即当它的速度接近光速时,时间和距离的流变会使物体的传播速度超过光速。
超光速粒子地发现与意义——用唯物主义辩证法看待超光速粒子地发现张世东超光速粒子地发现年月日,在欧洲核子研究中心(),科学家们发现了意料之外地现象:被送往公里之外实验室地中微子们比光速快了纳秒到达.用更大地数字来表示,就是光速,而他们在实验中检测到中微子速度是.这一数值地实验误差是纳秒,换言之,基本上比光速快是没错地.虽然只是地区别,但这一挑战狭义相对论光速不变原理基石地发现一旦得到证实,将会给物理学界带来巨大地变化.为了证实突破光速这个结论,科学家们慎之又慎地反复测验.研究发言人博士表示他们已经反复检验过数据和设备,但就是无法发现有什么错误,于是选择将这一结果公开,期待得到更多研究机构地重复实验和验证,以其最终得知这究竟是不是一个事实.尽管以一般地实验准则来说,他们地数据早已足够坚实. 博士说,为了检验μ中微子与τ中微子地转换,他们在三年地时间中总共进行了一万五千次中微子发射,而每一次地结果都指向同一事实:这些中微子,就是要比光速快.这一新闻在国外科学界乃至民间引起巨大轰动,正是因为它将颠覆现代物理学地最基本假设——光速不可被超越,这是否就意味着现代诸多物理理论地改写呢.一旦这些粒子确实被证实跑过了光速,将彻底改变人类对整个宇宙存在地看法,甚至改变人类存在地模式.有分析人士认为,可能宇宙中地确还存在其他未知维度,中微子抄了其他维度地“近路”,才“跑”得比光快.当然,这个结果地潜在影响巨大,急需其他实验地独立测量进行重复实验,接受更广泛、更严谨地考验,这才能最终验证或反驳是否真地存在超光速粒子.目前,研究中心已将此实验论文上传到公开网站上,并对全球物理学界进行在线说明.在有重复性试验证明上述结论之前,预言物理学界大动荡和狭义相对论过时为时尚早.用唯物主义辩证法分析实验结论世界地普遍联系和永恒发展是通过一系列基本环节实现地,对于这些基本环节地逻辑反应就是辩证法学说地基本范畴.针对超光速粒子存在这一现象可以从以下角度进行分析:()原因和结果是揭示事物地前后相继、彼此制约地关系范畴:通过报道可以看出,此次实验观察地是中微子,它地质量非常轻,小于电子地百万分之一.中微子具有最强地穿透力.穿越地球直径那么厚地物质,在亿个中微子中只有一个会与物质发生反应,因此,中微子也被称为宇宙间地“隐身人”.中微子在发射后不断衰变,质量变得非常小,它是唯一在理论上可以以光速运行地粒子.正是由于中微子地这一特性,使得它满足了实验地诸多苛刻条件:长达公里地传递,不受外界干扰,理论速度达到光速地数量级,从而通过实验证明了实验中粒子超过了光速.但超越光速这一结果又意味着中微子难以捕捉,实际运用存在极大难度,这又是中微子先前不被发现地重要原因,同时又证明了这个结论对物理学地冲击有限,并非舆论所设想地颠覆性结果.中微子地特殊性决定了它运动速度超光速地性质,同时这一性质有证明了中微子地特殊性,以及这一实验意义地局限性.()必然性和偶然性世界是客观事物发生、发展和灭亡地不同趋势地范畴:必然性和偶然性是对立统一地关系,它们产生和形成原因不同,必然性产生于事物内部地根本矛盾,偶然性产生于非根本矛盾和外部条件,这一实验结果地必然性在于爱因斯坦提出狭义相对论时科学界地理论基础有限,同时中微子在自然界中存在极其稀少并且当时实验条件无法观测,即存在主观局限性;偶然性则在于实验对象中微子非常少见,其研究起源于现代二三十年间,并非涉及物理学基本粒子.同时狭义相对论在更多地实验中被证明是正确地,这一理论地存在有着必然性,在宏观上符合绝大部分粒子地表现,.()可能性和现实性是揭示事物地过去、现在和将来地相互关系地范畴:实际上爱因斯坦地狭义相对论在诸如隧道实验中被证明无法完美揭示实验现象,即被证明存在漏洞地可能性,同时,科学家针对粒子超光速早在年代就提出了快子理论作为狭义相对论地补充,一方面限定了狭义相对论地作用范围,另一方面补充了超光速粒子存在地可能性;这一实验结果可以被解读为上述假说由可能性到现实性地转变,而不是狭义相对论地完全颠覆.()现象和本质是揭示客观事物地外部表现和内部联系地相互关系地范畴:对于中微子而言,本次实验就是为了透过现象寻找中微子地本质,爱因斯坦曾经提出将物体加速到无限接近光速需要无限多地能量,而中微子在蜕变中超光速,一方面证实了在运动过程中存在质量衰减,同时中微子自身质量无穷小.超光速这一特殊现象传递出中微子自身构造地特殊性.同时对于除中微子以外地粒子集合,狭义相对论可以较符合地描述其本质,然而对于包括了中微子后地粒子集合,狭义相对论就被证明作用范围并非无限扩大地.为了寻找共同地本质,又需要重新对事物地现象去粗存精、去伪存真、由此及彼、由表及里地认识过程,这也是推动现代物理学进步地方式之一.()内容和形式是揭示事物内在要素同这些要素地结构和表现方式地关系范畴:狭义相对论在过去被认为是最符合物理学地外在理论形式,但超光速粒子地存在证明了人类对现代物理学地内容地认识不足,没有建立可以详细阐述物理学内容地理论形式,这也必将促进新地物理学上地大突破.同时这一发现也将物理学地发展从理论地桎梏中解放出来.辩证唯物主义看待实验结论()从历史人物和群众地角度看待:爱因斯坦是近现代物理学地里程碑式地人物,但是联系到他所处时代地科学研究水平,其理论必然是前瞻性地,其著名地一切物质地速度不能超过光速这一结论不过是一个假设,在狭义相对论中既没有给出证明,也没有解释原因,而作为一个假设,被证明是错误地,或者不完全正确是正常地,当今社会追求完美,过分崇拜了爱因斯坦这些名人,而忽略了任何物理学进展都是建立在诸多学者地共同努力和逐渐完善中地.()从认识与实践地角度看待:这一发现来自于实践中,这也是在现代物理学理论地指导下完成地,但实验结果则暴露了认识与实践之间地分歧,这恰恰是认识指导实践,实践反作用于认识地相统一地过程,以目前地认知水平,没有完美地认识,这一对立而又统一地过程仍将继续下去,逐渐地完善人类地认识.与此同时,目前地认识仅在中微子上被证明是错误地,而在大部分粒子上是正确地,或者是符合实践要求地,所以认识需要加以改进而非全盘否定.在西方舆论地报道里颇有危言耸听之意,诸如狭义相对论被推翻,现在物理需要重建等,但对于科学而言,这不过是一个认识和实践地过程.()以联系发展地眼光看待:超光速粒子这一发现在国内外一起了截然相反地影响:在国外,这一消息可以说产生了轰动效应,史蒂芬霍金公开表示反对,各大物理实验室纷纷开展同类实验加以求证,同时,这一新闻在媒体上占据头条并引发社会讨论,特别是大学生;反观国内,这一新闻在新浪搜狐等网络媒体上仅占据主要新闻版块数小时,并未诱导读者深入思考,群众对于这一发现地深刻意义也没有认知.从这一现象可以发现,国外民众对于探索性科学研究关注程度远高于国内,而这一研究结果势必将引导更多社会捐助进入基础理论研究领域,加速现代物理学地发展,而国内目前依赖地政府引导加企业投入地方式则显出利益导向地缺陷,这一基础领域大幅落后于国外,且民众漠不关心.就世界科学发展而言,这一实验结果势必将推动更多地实验及理论研究,进一步完善,对于深陷经济危机地科学界可以说是一针强心剂,强而有力地证明了现代科学认识地局限性,为下一步地科学研究探明了方向.联系现代物理学地发展,特别是经典物理学地“三朵乌云”,超光速粒子地发现应当是对于现代物理学地一个补充,或将启发物理学地快速发展完善,我们不应因循守旧,惧怕变革地影响,但当务之急是培养社会对于科学地关注与投入,这超光速粒子不仅是现代物理学地警钟,同样是中国社会地警钟.。
中国科学家谈“中微子超光速”:实验可能有漏洞2011年10月12日07:56来源:北京日报参与互动(25)【字体:↑大↓小】瑞士大型强子对撞机。
“萨德伯里”中微子天文台里的中微子探测器。
新闻背景最近,欧洲核子研究中心宣布,与他们合作的一个意大利实验OPERA发现中微子的速度超过了光速。
现代物理学建立在相对论和量子论两大支柱之上,而相对论的基本假设之一,就是光速不可超越。
如果发现了超光速现象,一百多年来人们深信不疑的相对论将受到严重挑战,也使科幻小说中的星际旅行和时间穿越成为可能。
超光速的八卦新闻以前也时有耳闻,但是这一次,由于欧洲核子研究中心在科学研究中的权威地位和中微子的特殊性,还是在科学界和公众中引起了轰动。
光速不变假设是怎么来的?运动员在推铅球的时候,会先向前滑步,再奋力将铅球推出。
身体滑步的速度,加上铅球相对于身体的速度,使铅球的出手速度更快,推得更远。
在机场的输送带上行走,比在地面上行走更快。
这些日常的经验告诉我们,速度是可以叠加的。
那么,站在输送带上向前照射的光,是不是也比地面上的光快呢?十九世纪的人们就是这样认为的。
1887年,两个美国人迈克尔逊和莫雷想利用这个速度叠加原理测出地球运动的速度。
沿着地球运动方向的光,应该比垂直方向的光快。
可是结果却令人惊讶,不管他们怎么转动仪器,都没有发现两个方向的光速有什么不同。
人们花了二十年的时间来解释迈克尔逊和莫雷的实验。
1905年,爱因斯坦假定相对性原理和光速不变原理,推出了著名的相对论。
相对性原理,就是在匀速前进的机场输送带上,所有的物理规律都跟站在地面上时一样。
光速不变原理,就是在输送带上发出的光,速度跟在地面上发出的光是一样的,不会因为输送带在向前走而变得更快,它是一个固定的值,也是宇宙中的最高速度。
光速不变会带来什么结果?相对论的公式看起来非常简单,可是对时间和空间的理解,却是一场革命,与日常经验相差很远,也导致了很多奇妙的结果。
首先是时间和空间不再独立。
对中微子的一点奇妙的看法作者:邵皓华来源:《科学家》2017年第17期摘要本文由2015年诺贝尔物理奖获得者的成果引导,对照自己所学的物理学相关知识,提出自己对成果的一点解释,希望以此促进自己对物理学科的学习钻研。
关键词中微子;振荡;质量;维度中图分类号 O4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2017)17-0007-022015年10月6日17:45,“诺贝尔物理学奖”获奖名单公示:日本科学家梶田隆章(Takaaki Kajita)与加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳(Arthur B.Mcdonald))同享,两位通过中微子振荡发现中微子有质量而获此殊荣。
1 中微子及振荡现象中微子,光从名字上看,是呈电中性的微小粒子。
的确,目前中微子被分为3种类型:电子中微子、τ子中微子、μ子中微子,作为一种不带电,质量及其微小的基本粒子,中微子也是构成物质世界的最基本单元之一。
中微子在接近光速运动时可用从一种类型转换到另一种类型的现象就是我们常说的中微子振荡现象。
3种中微子之间相互振荡,两两组合,原则上应该有3种模式。
其中“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”两种模式自20世纪60年代即有迹象并被实验证实,且其发现者由此荣获2002年诺贝尔奖。
一直未被发现的第3种振荡,甚至有理论预言其根本不存在。
振荡现象主要表明中微子有静态质量,具体解释比较复杂,在此不做过多说明。
2 中微子超光速现象对相对论的冲击其实,早在中微子振荡现象被发现之前,就有中微子速度超过光速的说法。
这种说法最先来自一个事实:当天文学家观测超新星SN 1987A的中微子爆发时,世界各地有3台中微子侦测器在SN 1987A爆发的光线来到地球之前3小时侦各自探测到5~11个中微子。
运用初中学的速度公式就可以得到:在路程一样的情况下,通过这段路程的时间越短,速度就越快。
因此我们可以得出:中微子运动速度可以大于光速。
如果单单看这个结论,可能并没有感到什么问题,但是,如果我们联系到相对论会怎么样呢?相对论中的洛伦兹因子为,其中v为物体相对于绝对静止的速度,c为光速。
中微子超光速???
中微子又译作微中子,是轻子的一种,是组成自然界的最基本的粒子之一,中微子不带电,自旋为1/2,质量非常轻(小于电子的百万分之一),以接近光速运动,几乎不与其他物质作用,在自然界广泛存在。
太阳内部核反应产生大量中微子,每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计,但异常难以捕捉。
中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的,1933年正式命名为中微子,1956年才被观测到。
2011年9月22日,《自然》杂志网站宣布,意大利格兰萨索国家实验室OPERA(“奥佩拉”)项目研究人员使用一套装置,接收730公里外的欧洲核子研究中心(在瑞士日内瓦)发射的中微子束。
实验表明,中微子的速度达到了299798454米/秒,光速为299792458米/秒,可见中微子比光子提前60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)到达,即每秒钟多“跑”6公里。
据实验室方介绍,接收中微子束的装备上,配置了复杂的电子和照相器材,重1800吨,埋在格兰萨索国家实验室地下1400米深处。
三年来,“奥佩拉”的研究人员记录了大约1.6万个从欧洲核子研究中心发射的、穿透地层的中微子束。
研究者让中微子束在两地之间的地下管道中以近光速运行,并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度。
9月24日,欧洲核子研究中心官方网站也公布了这一研究成果。
根据爱因斯坦狭义相对论,光速是宇宙速度的极限,没有任何物质可以超越光速。
如果此次研究结果被验证为真,意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战,时间旅行将具备理论依据。
虽然OPERA项目发言人——瑞士伯尔尼大学物理学家安东尼奥·伊拉蒂塔声称这是一个直接的物理测量,他们通过测量距离和时间,再将两者相除得到速度,就像我们在中学到的那样。
他还表示这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离精度为20厘米以内,测速精度为10纳秒以内。
但是这个实验结果与爱因斯坦的相对论相悖,参与这个实验的科学家已经向全球物理学者发出了召唤,期待整个物理学界进行核查。
针对OPERA项目试验结果,全球不少科学家都持谨慎怀疑态度,声言需进行更多实验确认。
霍金(当代享有国际盛誉的广义相对论和宇宙论家)严肃声明,目前,对中微子发表评论还言之过早,必须进行更多实验及澄清工作。
南京大学核物理学专家宗红石教授表示,如果爱因斯坦的相对论这个现代物理学基础动摇了,那么可以说我们现在的很多理论都站不住脚,但实际上现在的很多理论已经被实验检验是正确的。
而且之前物理学界也屡次有人想推翻前人的结论,但后来都被证明是错误的,最后不了了之,这次的研究成果还有待继续检验。
而且如果超光速中微子真的存在,将会出现一系列让人无法接受的现实,比如因果论,这也是现代物理学的基本立足体系,即首先有原因之后才会有结果。
超光速中微子如果存在,这一理论也将被颠覆。
简单地说,也就是我们所熟知的由因到果的次序将颠倒,可能有了果再有因。
宗红石举了个形象的例子来说明:“比如炮弹,是先打出去,然后落到对方阵地爆炸;因果论被颠覆后,我们看到的将是炮弹已经爆炸,却还没从大炮上被打出去呢。
”
尽管全球科学家普遍采取谨慎态度,但没有人完全可以否认超光速中微子存在的可能性。
不可否认,欧洲核子中心是高能物理领域最大的研究中心,也几乎是最权威的机构。
在欧洲核子中心进行的实验曾获得过两次诺贝尔奖,他们还发明了国际互联网和网格计算。
这次实验中的中微子也正是由欧洲核子中心发射的,而且这个实验结果能占据这个非常严肃的科学网站的首页,应该可以完全相信这个实验本身的科学性和严谨性。
但是高能物理实验中的很多数据都是保密的,不会完全对公众公开,也不会完全对研究界公开。
OPERA项目组提出希望其他学者进行核查,应该不是指核查他们的数据。
中科院高能所研究员曹俊认为,OPERA实验是一个有200名科学家参与的著名实验,按高能物理的传统,正式发表的结果肯定经过了反复推敲验证,在内部进行了多次独立分析,评审每个环节。
从他们的文章中也可以看到,基本上每个重要的数字都采用了不同的方法来检验,或着进行独立验证,他们的数字是经得起推敲的。
凭空猜测他们哪里做错了,肯定不靠谱。
但是可能有什么地方他们没有想到,更有可能碰巧仪器的系统误差就是这样的。
从科学研究的角度出发,如果要核查这个实验结果,必须换实验、换人来进行。
不同实验的系统误差不一样,再碰巧一次的可能性就比较低。
下一步最重要的是用同样的试验方法重复这个实验,但目前只有美国和日本有类似的装置。
对于这个实验结果,曹俊本人持保留态度。
那么能否换一种思路来检验?客观来说这需要对中微子超光速这个实验结果有一定理解才行。
说相对论算出来不对很容易,那么应该怎么算?怎么去设计新的实验思路?这些问题并不容易回答。
欧洲核子研究中心在一份声明中表示,这个结果的潜在影响巨大,急需其他实验的独立测量进行重复实验,接受更广泛、更严谨的考验,这才能最终验证或反驳是否真的存在超光速粒子。
目前,研究中心已将此实验论文上传到公开网站上,并对全球物理学界进行在线说明。
一些物理学家们认为,一旦这些粒子确实被证实“跑”过了光速,那么将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法,甚至改变人类存在的模式。
有分析人士认为,可能宇宙中的确还存在其他未知维度,中微子抄了其他维度的“近路”,才“跑”得比光快。
对于这个实验结果,至今还没有哪位科学家宣称对中微子是否超光速进行完整的负责任的科学解释,不过我们应该理性看待。
中微子是否超越了光速,这还是一个未知的问题,超新星SN1987A爆发(2005年)的时候,科学家也发现了中微子比光子提前三个小时到达了地球,但是可以用超新星对光子的不透明现象来解释,而且能量也不是OPERA实验室的水平。
这次的超光速也带来了一些驳论。
假如中微子真的是超过了光速,那是如何被探测到的?因为如果超过了光速,那么理论上中微子会回到过去,也就是穿越了。
究竟是爱因斯坦错了还是OPERA实验室的科学家错了?再一个问题就是中微子是否走了捷径,这个所谓的捷径,可以理解为更高的维度,M理论假设宇宙中存在11个维度,中微子是否走了维度的捷径,这还是一个未知。
物理学上有一种理论,叫做快慢宇宙,慢宇宙既是我们所在的宇宙,在这里最小的质量就是0。
可以想象一下,两个博尔特,一个是很轻的,一个是很重的,
哪个跑得快?对于快宇宙来说,最大质量即为0,在那里,最慢的速度就是光速,只要你愿意,你可以一瞬间从宇宙这头到宇宙的另一头,但是温度也可以达到宇宙极限。
但是既然最慢速度都是光速了,那那里不是每时每刻都在回到未来?这确实又是一个问题。
对于这次的中微子,据说计算出来的中微子质量是个复数,质量是个i,那这个中微子还是我们这个宇宙中的吗?
从经验和实际出发,我们知道任何一个理论,都是有它的适应范围的,如果超过了它的适应范围,那就需要新的理论来约束它。
就好像牛顿的经典力学适用于宏观低速,相对论适用于微观高速。
对于相对论来说,中微子即便是超越了光速,也无法对相对论造成巨大的影响,相对论只能进行补充,但不会被推翻。
但是物理学可能就要翻开新的一页了,因为他很可能逾越了我们所认知的宇宙,因为我们所熟知的宇宙仅仅是个4维,对于更高维的,还仅仅是想象而已,更高的维度,有兴趣的读者可以看看大统一理论。