05.10 揭祕超光速粒子的存在

人們對於速度低於光速的物質粒子瞭解甚多,而對速度高於光速的物質粒子——“快子”卻知之甚少。

自愛因斯坦的相對論發表以來,人類的進步和思想就被限定在一個數值上——光速。

揭秘超光速粒子的存在

愛因斯坦於1905年發表俠義相對論稱,在真空環境中,宇宙中沒有任何物質的運動速度可以超過光速。這已經成為人們理解宇宙和時間的理論依據,同時也是現代物理的理論基礎之一。

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相對論以光速不變為前提,得出信息的傳播速度不可能比光速快這個結論,因為質能等價,物體運動速度越接近光速,物體質量就會越大,將它加速就需要更多的能量,那就意味著物體的質量將變得無限大,必須有足夠多的能量才能做到,所以它的速速永遠不能超過光速。那為什麼快子可以超光速呢?

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其實相對論並不違反快子的存在,而是禁止超越光速。換句話說就是亞光速的永遠亞光速,超光速的永遠超光速。如果將快子也包括進來的話,光速就是一種速度的屏障或者壁壘。

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不過在已知宇宙中,還是有兩個速度是超過光速的,一個是宇宙誕生時的暴脹速度,一個是遙遠的星系,正在以超光速離我們而去。這點和相對論並不矛盾,相對論限制的物體在空間的運動速度,並不包括空間自身膨脹。

那麼宇宙中究竟有沒有實際存在的物體,其運動速度超過光速呢?

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1676年,丹麥天文學家奧勒·羅默測定光速是每秒22萬公里,儘管比實際數值低了26%,但無疑具有重要的開創意義。而後,英國物理學家麥克斯韋建立電磁理論,才有了光傳播的正確理論。為愛因斯坦的相對論革掉牛頓絕對宇宙觀開響了第一槍。

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在上世紀七十年代前後,射電天文學家卻發現,宇宙中有4個緻密的河外類星體射電源。射電星體有時會拋出射電星雲——設電子源,這似乎是一次猛烈爆炸引起的,它們彼此高速分離,其中大約有半數達到光速的5-10倍。但最近的研究表明,這些超光速運動現象只是視“超光速”想象。起因於類星體發出的與觀測者視線方向夾角很小的亞光速噴流,實際上並沒有超過光速。

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對於這些難以解釋的現象,美國和西德的一些科學家經過十多年的認真觀測和數據的積累,令人信服地證實他們的觀測是真實的:超光速粒子在茫茫宇宙中是客觀存在的。面對這種出乎意料的結果,各種假設、猜測應運而生。

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1967年美國哥倫比亞大學範伯格提出一種假設,如果宇宙空間中存在由超光速的粒子組成的宇宙,在這種由超光速的粒子組成的宇宙空間中,能量為零的粒子是以無窮大速度運動的,若獲得的能量越多,反而運動速度越慢,當獲得無窮大的能量時,速度才減到光速。這種情況剛好與我們這個宇宙相反。

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在快子組成的宇宙中,任何情況下,超光速粒子都比光速運動得快,在我們宇宙中,任何一個物體的運動速度都比光速慢。由此可見,光速是兩個宇宙的分水嶺。如果一個快子在真空中運行,則它經過時將會留下一道可以探測的光跡。

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2000年7月,英國的《自然》雜誌發表了一篇關於“超光速”實驗的論文,在介質中使光脈衝的群速度超過真空中光速c,引起了人們對超光速到底是否存在的討論,但並沒有證實超光速的存在。

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量子糾纏現象也是量子力學中另一大重要的發現,這種同步的糾纏現象是超過光速的,量子糾纏雖然是超過光速的,但是糾纏在一起的兩個粒子本身並沒有發生信息的傳遞,沒有發生信息的傳遞就不會超過光速,所以愛因斯坦的理論依然是正確的。

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從目前出現的一些現象來看,超光速粒子是可能存在的。

2011年9月23日,在歐洲核子研究中心(CERN),科學家們發現了意料之外的現象:被送往732公里之外Gran Sasso實驗室的中微子們比光速快了60納秒到達。用更大的數字來表示,就是光速299,792,458m/s,而他們在實驗中檢測到中微子速度是299,799,953m/s。

這一數值雖然只有10納秒只差,但這一發現一旦得到證實,將會給物理界帶來巨大的變動。

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據英國《每日郵報》網站2011年11月18日報道,歐洲核子研究中心的物理學家們日前再度推翻“光速最快”的說法,他們通過實驗反覆證明中微子的飛行速度的確可以超過光速,這很有可能會顛覆支撐現代物理學的愛因斯坦相對論。

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一些物理學家指出,一旦有些粒子確實被證實跑過了光速,那將徹底改變人類對整個宇宙存在的看法,甚至改變人類存在的模式。

突破光速不是兒戲,需要科學家們慎之又慎的反覆測驗,快子的存在是很令人神往的,科學家們都希望能快點捕捉到快子的存在。

揭秘超光速粒子的存在

一旦發現了快子的存在,人們或許可以利用它去穿越時空或去未來旅行,也可能實現超光速通信。

至今“快子”只是理論上的假想物質,目前為止沒有任何實驗證據證明“快子”的的存在。

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可能正如牛頓的那句話:“真理就像大海一樣,但在我自己看來,我不過就象是一個在海邊玩耍的小孩,不時發現比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼,而對於展現在我面前的浩瀚的真理的海洋,卻全然沒有發現。”


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