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日志

 
 

为什么超光速研究可以用空气动力学的数学模型  

2011-11-28 19:49:27|  分类: 科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        超光速研究是一项对物理发展作用很大的探索研究。早在七十年代中科院数学所长秦元勋就提出超光速时洛伦兹变换要变号,要把(1M21/2变成(M211/2MV/C90年代北师大曹盛林教授按照超新星资料拟合的曲线也吻合上面的结果。这正是空气动力学的性质。也是洛伦兹本人坚持的那个假设,即仅在密度不变的波动方程的运动方向加一个如上的系数变换。当时谁也没有想到,洛伦兹本人的这个变换得到的方程竟然是一个小扰动声学方程。

       现在刚被认可的暗能量研究,都是用N-S方程类似的方程来计算的。和空气动力学不同在于采取了密度不可变化的状态方程,因此算完后要附加一个变换,理论物理学称之为相对论变换;或者通过度规不变性的假设附加一个方程。这附加方程叫度规不变性。

        空气动力学方法唯一不同在于采用密度变化的状态方程,所以它可以不需要附加假设和方程得到同样结果。当然空气动力学以前也有一种近似算法,就是先按照密度不变的方程算一个“静止的结果”,然后再加上密度改变所需要的变换。其实这些步骤都和变换的式子的主部都是和隐物质一样的,都是X方向缩短(1M21/2;这在空气动力学里面叫做相似变换(哥劳沃变换,普朗特变换)。

前者需要附加假设,达到光速质量无穷大,超过光速会有复数出现,于是跟随产生回到过去,穿越时空的假设。

其实这些困难,连续介质力学发展中也遇到过,音速点按照小扰动近似理论也是无穷大,拿亚音速的方程算超音速也有复数产生,称之为复特征线方法,气动设计手册上都介绍过。所以张仲寅、乔志德、罗时均副校长、杜隶荣、徐明初等原来西北工业大学老教授都支持这样的探索。还有许家栋、陈长乐、高超、白存儒等许多当时的年轻教授甚至西安的很多专家(西安交大校长史维祥校长、西电的胡征副校长、西北大学张纪岳教授,西安交大李开泰教授)也积极参与,在这种情况下西北工业大学受国防科工委委托,在2003年校庆活动中召开“相对论和现代物理创新国际会议”。

当时有些人说光速比音速高近百万倍,两个物理性质会有质的不同!但是光和声的无量纲方程是完全一样的,那么就意味着规律是一样的。

宋健院士在2004年底召开了“光障和宇航科学讨论会”。那次在会上,宋健院士和清华白同云教授提出了一个国外报道上提到的修改相对论的方案,把相对论中的V/C的改成V/C0就可以达到超光速,C0是比光速C略大的一个数,与会学者追问怎么来的,做的解释很清楚,这就是钱学森的卡钱公式,这是连续介质力学的一种近似表达。接着谈了理论背景,连续介质方程是何推导出麦克斯韦尔方程组的,以及这种学科的理论如何在实验上应用,加速器如何通过减小能量加速超过光速的。也提到中国科技大学的加速器学术委员会主任裴元吉支持这种实验,试一下在加速器电子被加速到0.99999倍光速时不再增加能量反而减小能量,看看会不会有超光速电子出现,宋健院士很兴奋,会间说:“我一直找这么一种理论,这种解释比我说得清楚,(陈)佳洱同志你看能不能做一下......”,陈佳洱院士也答应回去考虑一下。那次参加香山会议的一部分同志会后成立了一个北京基础科学讨论会,每两年讨论一次。宋健院士召集几个其他院士办了前沿科学杂志,专门支持不见经传的探索。

近年来,理解的人逐渐增多起来,从连续介质方程推导出的电磁场方程,可以作为一种计算电磁场的方法,它被东北大学作为申请教育部重点基金的理论基础,进行数值计算,取得了成果。作为类似理论的隐物质,暗能量探索,过去也不被认可,但是现在已经列入自然科学基金,其中九院和北京的院所最为积极。

欧洲中微子实验的消息其实触动很大,当年和钱学森一起回国的罗时均教授立即在美国给国内外同行和学生写信要注意此动向。

2011117,《科技日报》社主办《超光速科学问题学术研讨会》,中心议题为“欧洲科学家的超光速实验与中国科学家的责任”。原科技部副部长程津培院士、中国工程院院士张钟华参加了会议。程津培说,欧洲OPERA实验是探索单程光速能否超c,是重大挑战性课题,关系到理论上的原始创新。科学问题有争论是正常的,对相对论提建设性意见是允许的。当前我国科学界的原创性思维很不足,故我们要提供一种宽容性的环境允许不同意见的发表。希望以后能有一批年轻的专家坐在前排,担任主攻。另外还希望在坐的同志搞好普及,要想法让大家都知道,都明白,起码要记者也能明白。

张钟华院士讲宋健院士给他打了电话,电话中给他说要支持这项研究,他接着说:“做科研就要有一种精神,要甘于寂寞,即使不被主流认同也要坚守,这是科学追求的真谛。......尽管挑战传统理论非常困难,但我们也应该勇敢去做。”会议共有9个人做了学术报告,张操、谭暑生、林金等都谈了光速可变问题及超光速的理论,黄志洵、裴元吉,杨新铁作了题为“电子的加速器超光速实验方案”的报告。提出利用连续介质力学的数学结构可以解释相对论现象;在超光速时的数学方程是双曲型的,故在超光速区要减小能量才能加速。过去所有加速器设计一味加大能量,这方法不能用于超光速研究。建议加速电子到光速后(如反相、量子势垒等)减小能量,以期发现速度比c大的奇异电子。中国科技大学国家同步辐射实验室教授裴元吉还特别讲了如何设计相速1.05c的加速管(长1.2m);产生束团长度ps级的电子束;然后调节移相器测量不同相位时的束流能量。通过初步实验寻找疑点和原因。

会后大家还不断讨论,江兴流教授提出了俄罗斯做过的一个实验,也是电子被脉冲加速打向一个标靶,然后在标靶后方2公里处发现62倍光速的作用。另外经过讨论,还可以对同步辐射加速器电子在转弯的时候失去能量的特性进行分析,来探讨超光速区的鞍点特性和间断特性。这些都是和空气动力学模型的数学规律类似的。

这次会议《科技日报》于1110日在头版作了报道,会后程津培院士打电话给黄志洵要求积极跟进,有问题找也参加会议的科技部基础司彭司长,在一个星期前前召开的纪念钱学森百周年诞辰会上宋健院士又针对当前科学界缺少领军人物提出:“答案就是没有‘淮海战役’。有大战役才有领军的统帅,要敢于干科学大工程,只有在大的科学工程取得胜利的时候,领军人物就必然会出现。”可悲的是,现在做跟踪得多,做原创性的基本不被认可。

     总而言之,目前进行超光速探索,其学科领域刚好跨介质力学,声学和光电子学几个学科,急需有人统领这项领域,希望能把这个情况做一个清楚认识。以便充分利用条件对这项研究给予推动,使它他不仅有助于物理学发展,也对交叉学科建设产生有利影响。

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