超光速粒子

人們對於速度低於光速的物質粒子了解甚多，而對速度高於光速的物質粒子--快子卻知之甚少。人們通過對狹義相對論的進一步研究發現，速度原本就超過光速的快子的存在並不違背狹義相對論，但到目前人們對快子的特性並不清楚，也不知道為什麼不能發現快子。

1 基本簡介

2 光速研究

3 文學中的超光速

3.1 宇宙中的超光速

3.2 科學家假想的超光速

4 最新發現

4.1 科學家發現超光速粒子

5 實驗結論

6 最終確認

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光速粒子-光子-內部結構模型圖

愛因斯坦於1905年發表狹義相對論稱，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。

但是歐洲粒子物理研究所的研究人員於2011年9月宣布，他們發現了一種中微子，其速度達到了299798454米/秒，而光速僅有299792458米/秒。一旦得到驗證，這將是一次「革命性的發現」。

光速研究 摺疊 編輯本段

中微子運動軌跡圖 文學中的超光速 摺疊 編輯本段

法國天文學家弗拉馬利翁曾寫過一本科學幻想小說，書中描述了一位以大於光速運動的主人翁在宇宙空間旅行，碰到了一系列不可思議的奇蹟：如發射的炮彈倒飛回炮口裡，死去的人又復活了等等。當時愛因斯坦對這本書極為不滿意，愛因斯坦認為超光速的情況是不可能的。如果一個人以超光速運動，他將會返老還童，甚至返回到母腹子宮內，超光速完全是無稽之談。

愛因斯坦在相對論中提出，光速是宇宙中最高的速度，現代物理學裡很多內容都是建立在這個理論上。科學家在精確測量光速方面做了無數次的實驗，但還從未發現過任何微粒運動速度可以超過光速。

二十世紀五、六十年代之前，就人們所認識的限度而言，愛因斯坦的觀點應該是正確的：超光速是不可能的。

二十世紀七十年代前後，射電天文學家發現，宇宙中有4個緻密的河外類星體射電源。河外射電星體有時會拋出一、兩對射電星雲——射電子源，這似乎是一次猛烈爆炸引起的，它們彼此高速分離，其中大約有半數出現超光速運動，甚至達到光速的5倍至10倍。

這些難以解釋的現象有些使科學家們膽怯，生怕被不精確的測量所愚弄。可美國和西德的一些科學家經過十多年的認真觀測，積累了足夠多的數據，令人信服地證實他們的觀測是真實的。這就是說，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，眾說紛紜，各種猜測，假說應運而生。

近代超光速粒子理論首先由Bilaniuk等三位美國科學家在1962年提出。[3]他們在《美國物理雜誌》上發表論文建議：在狹義相對論的框架內可以允許超光速粒子，可是需要增加了一條新假設。後來有人把超光速粒子稱為快子（Tachyon)。由於他們的新假設帶來了無限負能量的問題，所以這些研究沒有得到重視。

狹義相對論中的空間和時間坐標是洛倫茲變換。按照這個變換，一旦有超光速粒子，那麼在另一個運動參考繫上觀察這個超光速粒子時，它的時間可能倒演。這是狹義相對論不允許超光速粒子的主要理由。

張操研究了另外一種空間和時間坐標變換「推廣的伽利略變換」，簡稱（GGT）。按照GGT，在不同的運動參考系，同時性是絕對的。也就是說，在不同的運動參考系，超光速粒子運動時間都是正向的。[3]

推廣伽利略變換的時間相當於物理學中的格林威治時間。當採用這種時間定義時，具有二個明顯優點：其一，不會產生"時鐘佯謬"的邏輯矛盾；其二，當採用推廣的伽利略變換中的時間定義時，任何慣性參考系觀測到快子的運動，其時間箭頭都是正向的。這樣，就克服了超光速理論中時間倒演的困難。

2011年9月，歐洲科學家科學家宣布發現一種運動速度比光速還快的亞原子微粒。如果這個結果得到證實，現代物理學的基石將被撼動。

科學家發現超光速粒子 摺疊

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GranSasso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。

這一數值的實驗誤差是10納秒，換言之，基本上比光速快是沒錯的！雖然只是0.0025%的區別，但這一挑戰狹義相對論光速不變原理基石的發現一旦得到證實，將會給物理學界帶來巨大的變化。

突破光速不是兒戲，科學家們慎之又慎的反覆測驗。研究發言人AntonioEreditato博士表示他們已經反覆檢驗過數據和設備，但就是無法發現有什麼錯誤，只好選擇將這一結果公開，期待得到更多研究機構的重複實驗和驗證，以其最終得知這究竟是不是一個事實。

儘管以一般的實驗準則來說，他們的數據早已足夠堅實。AntonioEreditato博士說，為了檢驗μ中微子與τ中微子的轉換，他們在三年的時間中總共進行了一萬五千次中微子發射，而每一次的結果都指向同一事實：這些中微子，就是要比光速快。

愛因斯坦理論中最廣為人知的說法之一就是「光速無法超越」，這也確實是現代物理中最基本的基礎之一。然而，這次不知道愛氏理論是否仍然能夠堅而不破。

歐洲粒子物理研究所研究人員為了檢驗μ中微子與τ中微子的轉換，他們在三年的時間中總共進行了一萬五千次中微子發射，而每一次的結果都指向同一事實：這些中微子就是要比光速快。

日本的T2K研究組和美國芝加哥的MINOS研究室都已經受邀驗證這一實驗。其中MINOS實驗室曾在2007年宣布發現了超光速中微子，但直至現在仍未公布驗證結果。

位於義大利的大薩索山的一個叫做「伊卡洛斯」（ICARUS）的項目在2011年10月和11月間探測到了來自歐洲核子研究中心的中微子，而且精度更高。

諾貝爾物理獎獲得者、「伊卡洛斯」項目發言人卡羅·魯比亞（Carlo Rubbia）說：「我們的結果與愛因斯坦如果活著會給出的結果是一致的。」在他們的實驗中，中微子的速度與光速接近，但並沒有超過光速。

英國《自然》雜誌稱，「對於一些物理學家來說，新的測量對這件事起了一錘定音的作用。」但魯比亞仍然等待看到2012年春天包括「奧普拉」和「伊卡洛斯」在內的幾個項目所做的新的結果。這些項目中也包括另一個叫做「大體積探測器」（LVD）的中微子觀測站對來自歐洲核子研究中心的中微子所做的測速。

此前，在2月份時，《科學》雜誌曾爆料稱，來自歐洲核子研究中心的內部人士透露，中微子速度的誤差可能是由於連接GPS接收器和電腦之間的光纜鬆了造成的。歐洲核子研究中心隨後證實了這一說法，但同時表示還有另外一個因素，即用於將「奧普拉」的探測器時間與GPS進行同步的一個振蕩器可能存在誤差。後者的誤差的效果是與前面那個因素恰恰相反的——它會造成中微子速度被低估。而科學家們暫時無法確定一個高估的因素和一個低估的因素究竟誰佔了上風。定於2012年4月底進行的新的實驗將會以更高的精度來檢測這些因素所造成的效果。

2012年3月末物理學家們宣布，之前那項對愛因斯坦相對論的基礎——光速極限理論提出挑戰的實驗已經被確認存在錯誤。後續的驗證實驗已經證明，和所有其它事物一樣，中微子同樣遵循愛因斯坦指出的宇宙速度極限法則。

雖然這件事已愛因斯坦先生的定理獲勝告終，但這反應了人們挑戰光速的願望。可能還是牛頓的那句話：「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。」