超光速粒子推翻愛因斯坦理論 物理學家狂熱分析

【八闋】一個勞動人民群眾喜聞樂見的好地方:http://www.popyard.org【八闋】鄭重聲明：本則消息未經嚴格核實，也不代表《八闋》觀點。--[服務使用須知]【八闋】一個勞動人民群眾喜聞樂見的好地方:http://www.popyard.org金秋九月，一顆以詭異著名的微小粒子跑出史上最好成績，比「粒子界的博爾特」光速還快，所有看客驚掉了下巴。科學界和人文學界少見地一起陷入激動的高潮！如果這是真的，「光速不可超越」的物理學界金科玉律將成謬誤，以愛因斯坦相對論奠基的現代物理學大廈需要重新構建。接下來呢？時間旅行可能成為現實的狂想，令哲學家和科幻作家夜不能寐。等一下，科學總在證偽中進步沒錯，但是愛因斯坦真的錯了嗎？

點擊圖片看原圖2007年3月21日，歐洲大型強子對撞機發射中微子束隧道，宛如時間機器。

點擊圖片看原圖中微子探測器「薩德伯里」中微子天文台。

點擊圖片看原圖研究人員正在觀看粒子實驗的電腦追蹤圖像。

點擊圖片看原圖2006年11月25日，德國卡爾斯魯厄，人們在運送中微子實驗的分光儀。小粒子的爆炸效應義大利科學家發現一種粒子跑得比光還快中微子。對，電影《2012》中毀滅地球的中微子，不過這次不是忽悠，而是真實的科學數據。這一消息震驚全球。如果真是如此，光速將不再是宇宙的速度極限，愛因斯坦的狹義相對論及整個現代物理學都將重寫。半個月來，全球各地的物理學家都在忙著分析這篇研究報告，物理學界少有這麼忙活的時刻。「一下子出現這麼多論文，實在很令人驚訝。」數學家彼得?瓦特說，「這是正常的過程。當有什麼讓人激動的實驗結果出來後，每個人都想第一個做出解釋。現在看來，這次還不同以往。」他指的就是9月23日那個打破物理學界平靜的爆炸彈。義大利格蘭薩索國家實驗室OPERA項目研究人員接收730公里外歐洲核子研究中心發射的中微子束。中微子理論上沒有質量，幾乎可以穿透任何物質，在理論上可以以光速飛行。因此，在OPERA實驗位於地下深處長達730公里的管道中，科學家假定中微子以光速飛行。距離和速度是固定的，那麼中微子的飛行時間也應該固定。但是，令人驚訝的是，從日內瓦飛到義大利羅馬附近，中微子不僅沒有遲到，而且還比預計時間早到了60納秒（1納秒等於十億分之一秒），即每秒鐘多「跑」了6公里。這個詭異的實驗結果，就目前看來，只有一種解釋：中微子飛得比光速更快。這意味著什麼？按照為現代物理學奠基的愛因斯坦狹義相對論，光速恆定，它是宇宙的極限速度，沒有任何物質可以超越光速運行。「如果OPERA的結果是正確的，那將給整個物理界帶來一場觀念上的革新。」歐洲核子研究中心的理論物理學家吉恩?古戴斯對本報記者說，「我們構建當前時空觀的基本原理就會崩塌，我們得重新思考時空。」物理學家的狂熱分析中微子會比光速還快，這個想法太不同尋常，連OPERA實驗的科學家也不敢貿然做出猜測。「我們不做出任何猜測。」他們在一份聲明中表示。然而，如果實驗結果正確，這可能是本世紀乃至現代物理學上最驚人的發現了。科學家的態度一貫相當謹慎。他們在還未正式發表這篇研究論文之前，就把研究報告放在一份公開的論文網站上。「我們希望別的科學家能夠做出驗證。」他們說。因為這個結果潛在的巨大影響力，OPERA科學家還不同以往地專門開展了一場網路直播，現場向歐洲核子中心的同行們和全球物理學界的科學家們講解自己的實驗方法和過程。華裔科學家丁肇中在現場誇讚這個實驗：「我想祝賀你們做出了一個極其美妙的實驗」。事實上，歐洲核子研究中心的競爭對手、著名的美國費米實驗室早在2007年就觀測到了類似的「中微子超光速」現象，但由於該實驗對結果估算的誤差較大，導致可信度低。如今，費米實驗室打算重做實驗，驗證超光速粒子的實驗結果。不過，義大利科學家發布的數據是經過三年的時間和15000次左右的計算融和的結論。目前類似實驗很難在其他國家予以重複驗證，日本的實驗室遭受海嘯重創，費米實驗室無法達到歐洲核子中心的實驗精度。即使如此，在過去的半個月中，這個實驗還是成為全球物理學家的熱門話題。無數科學家放下了手邊的活，湧入在線公開論文網站arxiv.org，逐字逐句地研究OPERA發布的實驗數據和過程。很多人在物理博客上發表見解，還有很多人乾脆自己也在同一網站上發表了論文，闡釋看法。「超光速」過不去的坎在眾多的發言中，沒有幾個物理學家真正相信，中微子會快過光速。「反方」陣營大部分來自理論物理學家，最權威的一個解釋來自於諾獎獲得者、物理學家謝爾頓?格拉斯豪。他和他的同事在發表的論文中指出，如果中微子運行速度快於光速，其反過來會製造出一種「虛粒子」，並同時奪走中微子的能量。假設中微子真的會以超光速飛行，它們喪失的能量也只會讓它們飛一會兒，不足以支撐到整個OPERA實驗設計的距離。歐洲核子研究中心的理論物理學家吉恩?古戴斯也發表了一篇論文，支持格拉斯豪。「如果中微子以超光速飛行，它會釋放出一些電子和質子，從而喪失能量，這與OPERA探測的高能中微子結果相悖。另一個擋在OPERA實驗結果前的坎兒，來自於一個20多年前的天文發現。1987年，天文學家在銀河系伴星系大麥哲倫星雲觀測到一顆超新星爆發，並且探測到中微子數量突然增加。這是人類首次明確探測到來自銀河系外確定來源的中微子，也是迄今為止對中微子速度最準確的測定。有科學家稱，那次發現的中微子源到地球的距離足有十幾萬光年。如果這次義大利的數據確為超光速現象，這些中微子就應該比光提前好幾年抵達地球，而實際上它們只提前了三個小時。「這是義大利的數據無法解釋的矛盾。」果殼網頻道主編虞駿說。還有一些質疑來自設計實驗的應用物理學家，他們尋找這個實驗中可能存在錯誤的地方。一些論文指出，可能是原子鐘的同步出了問題，或者中微子束的尾部測量上出現差錯。但是，這些雞蛋裡挑骨頭的舉動，雖然提醒人們實驗可能存在錯誤，但還沒有人找到真正的問題所在。| 共 5 頁:1 2 34 5 |相對論的「黑天鵝」中微子這個詭異的粒子，總是能夠引起理論界和實驗界的爭議，但也更能引發物理學家的新的思路。在另外一些提交的解釋論文中，一些人給出了新的答案。這些新見解，就更加前沿，更加科幻了。有一批人認為，某些中微子可以在不同時空中跳來跳去，因此在實驗中可能在不同維度中走了「捷徑」；有人認為，中微子在穿越固體地球的時候，比穿越空間時飛得更快；有人認為，中微子可能穿透了暗物質，同時，光質子則因為與暗物質的反應而變慢了；還有人認為，中微子的速度在不同的方向和一天中不同的時間而發生變化。「現在說哪種理論更好，顯得過於冒失。」歐洲核子研究中心的理論物理學家約翰?埃利斯對媒體說，「他們可能都是錯的，因為這個結果可能最終會蒸發。」不過，這些解釋還是有用的。「科學定論最初來自實驗結果，但之後，就得靠理論物理學家們，就像打字機上的猴子一樣，一個個的猛擊各種可能。」「包括愛因斯坦的相對論在內，所有的科學理論可以說都只是一個到目前為止看起來最合理的假設。」虞駿說，「就好像"所有的天鵝都是白的"這個說法，在沒有發現其他顏色的天鵝之前，就是一個合理的假設，可以拿來指導我們的判斷。當然，後來發現了黑天鵝，這個說法自然就被證偽了。」「科學家實際上一直在為難他們的理論，會想方設法去檢驗理論，看它能否經得起最嚴苛的考驗，只不過到目前為止，相對論經受住了所有實驗的檢驗。」「但這無法排除或許有一天，相對論也會遇到自己的黑天鵝，但這不代表相對論就一無是處了。這在科學上絕對是一件值得歡慶的事情，因為科學又找到了向前突破的方向。」釋疑中微子毫不費力穿透地球在物理世界中，沒有哪種粒子能夠像中微子那樣神秘。它個頭超小，幾乎無質量，不帶電荷，理論上會以光速運行，可以輕鬆穿越幾乎一切物質。它也是最難捕捉的粒子，被稱為「幽靈粒子」。但它或許可以解開宇宙起源最深的奧秘。堪比「變形金剛」如果你把手放在太陽底下，你知道每秒鐘有多少個無形的從太陽里跑出來的中微子會穿透你的手嗎？答案是：1兆億個。太陽會發射出可觀數量的中微子，這是美國的理論物理學家約翰?巴赫卡爾通過數學計算得出的。上世紀60年代，美國科學家雷蒙德?戴維斯在一個可以屏蔽宇宙背景輻射的廢棄金礦中設置了中微子捕捉器。到了上世紀80年代，實驗不斷改進後，也只發現了預計中三分之一的中微子。理論中計算出的海量中微子數量，和實際觀測到的數量反差十分巨大，令人們困惑了30年。最後的答案出人意料。歐洲核子研究中心發現，中微子有三種「變體」。在從太陽內核到地球的過程中，它會在不同的變體中任意轉化，就像鐘擺振動一樣，這又稱為「中微子振蕩」。戴維斯的實驗只探測到三種「變體」中的電子中微子。不過，現在科學家還不知道這三種中微子之間的質量差別到底有多少，也不知道它們到底有多重。| 共 5 頁:1 2 3 45 |「加熱地球」忽悠人在兩年前大紅大紫的電影《2012》中，一次劇烈的太陽耀斑放射出了大量的中微子。因為中微子攜帶能量，其與地球內核發生反應，加熱了地球。的確，太陽釋放大量的中微子；其穿透力也極強，比醫生用的X射線的穿透力還要高10億倍；中微子也可以達到地球內核，產生一些能量，這些都是真實的科學。不過，這些能量能把整個地球加熱，這就是科幻了。古戴斯表示，要產生電影中這些毀滅性的效果，這在科學界看來不現實。「雌雄同體」穿透一切根據標準模型，宇宙大爆炸後，在極短的時間內，純粹的能量轉化為物質和反物質。正反物質不能共存，兩者碰撞時會發生湮滅。那為什麼我們物質戰勝了反物質，構成了世界？中微子不帶電荷，它對應的反物質就是它本身，是唯一正反物質為一體的粒子。對中微子的探索，或許可以解開正反物質的謎。科學家發現，中微子比電子要小上億倍，本身不帶電荷，不受電磁力與強力的影響，與其它物質之間的作用相當之弱。不過，當大量中微子穿越某個原子核的時候，可能會有少量中微子發生反應，但這種影響微乎其微。對於宇宙中的中微子來說，固體物質就像真空一樣，可以毫不費力地穿透其它物質，包括地球。「中微子的特殊性在於，它和其它物質的互相作用微乎其微。」歐洲核子研究中心的古戴斯對本報記者說，「要擋住一個放射性衰變放射出的中微子，你需要一個厚度有從地球到南門二星系（位處天空南方的半人馬座，距離太陽系4.24光年）那麼長的鐵塊。」中微子還有其它一些奇特的性能讓人好奇。在量子層面，大部分的粒子的自旋都有「右手性」，唯有中微子是一個「左撇子」。一些科學家認為這可能是其它維度的證據，可以用來解釋目前聽起來還比較玄的多維度理論。上世紀30年代，科學家發現在原子核衰變過程中，有一些能量莫名其妙地消失了，不符合能量守恆定律。物理學家泡利據此預言，還有一種未被發現的粒子，帶走了能量。物理學家費米將其命名為中微子，意思是「非常小的中性粒子」。中微子不會與其它物質「親密接觸」，但當撞入原子時會產生一定的信號。在1956年的一次試驗中，年輕的美國物理學家費德里克?瑞恩斯和克勞迪?柯瓦等人清楚地觀測到中微子出現後顯示出來的脈衝信號。人類第一次驗證中微子的存在。如今，全球已經有多個昂貴、巨大的探測器在捕捉中微子。這些探測器大都處於地下深處，以最大可能屏蔽其它的放射性粒子。常見的探測器都需要大量的水或油，讓中微子與這些水分子或油分子的電子和原子核發生反應，通過脈衝信號得到探測數據。| 共 5 頁:1 2 3 4 5 || 共 5 頁:1 23 4 5 || 共 5 頁: 12 3 4 5 |
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