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娘子关、高平夕阳河、中条铁柱喋血中州

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梅花独喜漫天雪,万花开时沐春风,欧洲中微子实验的结果将给科技前沿带来什么,春江水暖鸭先知  

2013-03-04 22:55:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     黄志洵教授是我国著名的电子学家,中国传媒大学信息工教授,博士生导师,中国科学院电子学研究所客座研究员。关于超光速问题,他已做过多年研究,在国内外发表了多篇论文,科学出版社和国防工业出版社都曾出版他的专著。现在我们给大家介绍一篇他刚刚完成的文章,题目是欧洲科学家的超光速实验与中国科学家的责任,梅花独喜漫天雪,万花开时笑春风,欧洲中微子实验的结果将给科技前沿带来什么,春江水暖鸭先知,请大家阅读,以便了解最近动态。

 

欧洲科学家的超光速实验和中国科学家的责任

黄志洵

,一个科学新闻迅速传遍了全世界——著名科学刊物在其网站上发表了由署名的报道说:“众多粒子打破了光速极限:中微子实验结果挑战现代物理学的基石”。文章说,一个以意大利人为主的科学团队用实验发现中微子能以超光速飞行,实验是在意大利叫做的地方(意国家实验室所在地),用进行的。中微子束来自欧洲核子研究中心,发射地靠近瑞士日内瓦市,距约。……消息迅速传开,引起很大反响;英国每日电讯报在其网站中说:“科学界深受震动,的狭义相对论是最著名的公式,但昨夜显示它或许错了。这一结果让学者们极为震惊,有关方面请求美国和日本科学家予以核实”。在中国,专家学者们也发表了各种看法。团队一直表示愿意听取各种意见和批评,但他们的精确实验其结果也不是某人写篇文章或发表一些谈话就可以否定掉的。

超光速研究是严肃的科学研究,不是“八卦新闻”

超光速研究是由美国物理学家兴起的,时间是在上世纪年代(等,;)。虽然于年提出的狭义相对论()断言超光速不可能,但人类一向希望挑战极限。并且科学无禁区,在其发展过程中并不承认有绝对的和永久的权威。年月日《》发表了瑞士科学家用实验证明量子纠缠态的传播速度是超光速的,大大扩展了人们的视野。上述这些著名论文都是发表在国际著名学术刊物(如,)上。故有人散布“超光速研究是八卦新闻”的说法,如不是为了误导公众,那就是由于偏见和无知。

中国科学家参加超光速研究较早,这里举出一些例子。世纪年代射电天文学界发现了惊人的类星体(、、等)超光速飞离现象,涉及速度、等。年教授提出了利用推广的变换()研究超光速问题的建议,发表在严肃的英国刊物上。中国运载火箭技术研究院研究员林金在分析航天导航测量机制的基础上建立了时空理论的新概念,提出“虽然对应坐标时定义的速度不能超光速,但对应原时定义的运动真速度没有极限,而超光速运动对应负质量和负能量”;黄志洵于年指出在截止波导内的消失态()情况下可能出现负波速——负群速和负相速;又用量子力学方法分析波导,建立了量子势垒的等效电路模型,为在超光速实验中用截止波导作为量子隧穿中的势垒作了理论准备;年黄志洵对超光速作了分类——物质运动的速度、能量传送的速度、广义的信息速度,前者又区分为宏观物体速度、微观粒子速度、非实体物质(波动和脉冲)速度,只有在细分条件下超光速研究才是清晰的和有意义的。年黄志洵和逯贵祯教授在无线电波频率上用模拟光子晶体的同轴系统获得了阻带中的超光速群速(),中国工程院院刊(《中教授》)据此作了“我国首次超光速实验”的报道。另外,杨新铁(在年)、黄志洵(在年)都提出,应当借鉴人类突破声障()的经验来突破光障(),对现有加速器(都是亚光速加速器)进行改建,用符合超光速粒子动力学和能量关系的技术措施进行实验,特别是教授一直在默默的按照此规律进行计算和设计探索,期望拿出实际可行的方案,发现以超光速运行的奇异电子。值得注意的是,年宋健院士论述了超光速对未来人类宇宙航行的意义,指出所说“不能超光速”实际上是对设定范围以外的推测或假说,并无实验根据;又指出从技术观点看光障(),奇点的产生不是来自数学而是来自技术基础——是用光学或雷达往返信号时间间隔之半去测距,因而看不到运动速度等于或大于的目标;另外,从年航天实践可以看出,即使在之时自主导航的实践与动力学也存在冲突;实际上,用公式去计算航天器飞行速度的本身就必须谨慎。

认为中微子可能是超光速粒子,张操教授早在年参加国际会议时就提出了这一观点;认为在所有基本粒子中,中微子最接近具有快子的特性。后来,他与复旦大学教授倪光炯一起提出了超光速中微子的型量子方程,是分量方程。类似地,中国科学院上海原子核所研究员艾小白导出了虚质量粒子的分量的方程。

可见,中国人的超光速研究在理论上并不落后。差劲的是实验,因为超光速属非共识研究,经常受某些主流科学家的挤压,甚至缺少话语权。做超光速研究的科学家,处境是艰难的!

实验的可信性

对一直在做超光速研究的科学家来讲,实验结果并不令人吃惊。现根据原文(研究论文已在预印本网站上发表)对实验情况有较准确的了解。先说明的含意为:,另一个词组的含意为:,而论文题目是“在束中用检测器测量中微子速度”。作者是来自意大利、俄罗斯、瑞士、法国、日本、韩国、德国等国的科学家,其中包含一些小国如土耳其、以色列、保加利亚、克罗地亚。没有美国、中国的科学家参加。这些人来自大学或研究所,共人成为论文作者,署名次序是按英文字母排列,例如第位是,最后一位是。另外,团队有一位发言人是瑞士伯尔尼大学的。论文的摘要说,在意大利的地下的实验室,中微子实验已测量了在约的基线上,从束的中微子速度;与过去的加速器中微子研究相比其准确度更高。测量是基于在年、年和年期间采集到的统计数据。的专用高级计时系统和检测器与用于测量中微子在线的高精度大地测量相结合,允许达到可比较的系统和统计的准确度。m子中微子相对于我们按照假定真空中光速的计算,提早到达的时间为±±,这项反常相当于m介子中微子速度相对于光速的差值为±±×。(以上叙述中代表统计误差,代表系统误差)。

中微子速度的测量是由测定中微子束源与检测器之间的距离和飞行时间而实现的,依靠了高准确度的大地测量,在测定约基线时达到精度,束是几乎纯m束,平均能量,采用的计时系统,误差很小(),这是由一系列精确计量技术而做到的。数据分析基建于检测到的约次中微子事件的基础上,结果经反复核对,是在个标准偏差(s)以内。

注意,全文未提及和狭义相对论。在论文结尾说:“”(“我们审慎地不对结果作任何理论上的或现象上的解释”)。

笔者认为实验可信,理由如下:①中微子的飞行速度过去就有三种推测(亚光速但非常接近光速、光速、超光速),它以超光速飞行是可能的;②实验设施和技术的精确度高,处理数据量大,而且误差处理采用标准偏差 s,是非常严谨的;③国的位专家合作研究,埋头工作三年,公布结果之前又反复检查,防止出现主观失误;④实验公布后出现了两方面的意见,支持和反对;迄今尚无站得住的反对理由,有的说法甚至不值一驳。既如此,我们有理由认为这是自有超光速研究以来的一次重大和重要的实验,具有里程碑式的意义。

,俄罗斯联合核研究所在莫斯科近郊的杜布纳召开会议,向百多位物理学家和新闻记者介绍情况。这是因为有多位俄罗斯科学家参加了实验,负责分析装置获取的数据。名列论文作者名单中的说:“实验结果对我们自己也很出乎意料,但我们找不到实验中的错误。他指出,为了确保实验的高精确性,瑞士、德国的顶尖计量学专家获邀参加了研究。总之,他认为结果本身对物理学非常重要;如果不能找到检验结果或发现错误的新方案,那么也许可以在其他国家重做实验来确定结论,例如在美国的实验室和日本的神冈研究所。……在报告后,另一位科学家说,今后的实验可以尝试改变一些实验技术细节;但无论如何目前还无人能指出导致当前结果的错误。

学习欧洲科学家的团队精神,开展有中国特色的超光速研究

欧洲人在这场科学探索中反映出来的团队合作精神令人惊叹!回过头来看我们自己,虽然过去有多位中国科学家对超光速问题进行了艰难探索,勇气可嘉;但都是各自为战,亦未能获得有组织的支持。年宋健院士、陈佳洱院士、王越院士领导召开了一次香山科学会议,中心议题是“宇宙科学前沿与光障问题”,到会的有名科学家(内含院士人)。那次会议很是鼓舞人心;后来的探索虽仍艰难,但没有人退却。……这次的报道出来后,十几位科学家进行了讨论并写出了建议书,认为我们不可能也不必要跟在欧洲人后面走,也就是说目标不是重复实验。应当搞具有中国特色的、创新的超光速研究。要发扬团队精神,实现科学界的大合作。下面的观点是笔者个人的,但也反映了西北工业大学杨新铁教授的意见。

首先,所谓有中国特色的超光速研究,虽然既包含理论工作和实验工作,但重点应放在实验方面。这是因为中国科学家虽在时空理论、超光速问题理论分析方面已做了不少工作,但这些理论的本身也需要实验上的证明。具体的实验研究方向可分为两个——“物质粒子作超光速运动的可能性”和“真空中光速的不变性”;前者是直接的超光速研究,后者是检验第二公设但与超光速有关。就前一方面而言,我们甚至认为不必以中微子作为研究的主要对象。超光速研究的当前形势和关键是证实物质粒子飞行的速度也可以比光速快,证明了这点之后谈论“超光速宇宙飞船”才有意义。这个证明最好是用中性粒子,如中子或原子、分子;考虑到对中性粒子缺少加速的手段和方法,可以先对带电粒子(电子、质子)展开实验。鉴于目前全世界的加速器其实都是亚光速加速器,如想发现超光速飞行的奇异电子就必须对现有的加速器进行改装,而且要借鉴航空器突破声障的成功经验,例如管那样的经验。

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