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物理界名人质疑中微子比光速快《世界科学》

 

物理界名人质疑中微子比光速快

冯诗齐/编译

923日,OPERA项目在CERN宣布有关中微子速度的惊人发现

 

几十纳秒,这在我们日常生活中是感觉不到的一瞬间,但在实验物理学中却能产生重大差别。923日,一个欧洲物理学合作项目——OPERA(利用乳胶寻迹设备开展中微子振荡实验项目)——宣布了一项令人震惊的发现:在位于瑞士和意大利两地实验室之间进行了一次中微子基本粒子的地下之旅后,经过测速,研究人员发现,中微子完成这段行程要比光速走完同样距离快60纳秒。也就是说,中微子要比我们认为的其所遵循的物理规则更快。

如果情况得到证实,OPERA的结果对于我们如何理解我们这个宇宙将产生巨大的、一生中难得一次的革命。但同时,也有充足的理由相信,阿尔伯特·爱因斯坦的长期占据统治地位的相对论将会安然挺过这场挑战,因为它在过去已经受了多次这样的挑战。

以下是部分著名物理学家对OPERA宣布事项所作出的反应。

非比寻常的结论要求有非比寻常的证据。回想起这件事,我认为将会被视作一件很尴尬的事。因为这种说法得到了这么多的宣传,也就是在网络上发布预印本(论文)的不可避免的后果。从SN 1987A 大麦哲伦星云超新星爆发观察到的中微子大致与爆炸同步——不会早于四年——如果速度差已经与现在所说的相同的话,本来就当如此(当然,超新星中微子的能量要低得多)

——英国剑桥大学天体物理学家、宇宙学家马丁·里斯(MartinRees)

 

 

OPERA宣布的实验报告,令人印象相当深刻。但困扰我的是,有大量证据表明,所有其他粒子的旅行速度从来没有超过光速。而对中微子的观测是异常艰难的,这就如同某人所说的,在他们花园的尽头有仙女,而他们只见到黑暗和雾蒙蒙的夜晚。

——奥斯汀得克萨斯大学理论物理学家史蒂文·温伯格(Steven Weinberg), 1979年诺贝尔物理学奖得主

温伯格

 

到目前为止,我仍然担心这将是一件令人难堪的事。尽管对于提交了一份解释不清结果的论文的实验并非过分,但公布的论文在通过审阅前很难让人相信它的结果是正确的。令人遗憾的是,无论是对CERN还是对科学界,一旦它被证明是错误的,人人都会颜面尽失。中微子实验很难做,而分辨率极限的系统误差会很显著。此外,由于该实验明显违反了人人皆知的物理学核心之一的洛伦兹变换,就当受到质疑。另外,由于对SN 1987A 大麦哲伦星云超新星爆发观察结果显示,如我在1998年所写的,中微子和光子是以只差十亿分之一的相同速度旅行,比他们声称的效应要低几个数量级。现在,唯一的解释是它们在某种程度上依赖于能量,但这些理由都没有在此出现。

——亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)

克劳斯

 

对此结果应当有一个更通俗的解释。希望能够找到它。

——伦敦大学学院物理学家、MINOS实验联合发言人詹尼·托马斯(Jenny Thomas)

托马斯

 

平心而论,我觉得我们很多人都被这一消息惊呆了。这是一个不平凡的结果,而我们甚至无法感知其所有的影响,如果这个结果是真实的话。我们所知的现代物理学及其技术,都基于爱因斯坦的狭义和广义相对论。如果这个结论被证明是真实的,我会认为这是本世纪的一场物理学革命。

作为实验主义者,我们对如此不平凡的实验结果都非常谨慎。我看了CERN的网上直播……并从他们的谈话中对OPERA项目详尽而细致的工作留下了深刻印象。不过,即使是中微子专家也很难跟踪和了解所有有关这个实验的技术细节。有可能系统的影响尚未被考虑在内,需要做独立的实验进行检验。

——威斯康星大学麦迪逊分校中微子物理学家卡斯滕·希格(Karsten Heeger )

 

 

虽然OPERA实验团队工作得很好,也很能胜任,但中微子实验是出了名的难做。这个实验又特别的雄心勃勃,必须等着看最终的证据。

中微子是快的,但科学新闻传播得更快!

——洛杉矶加州大学理论物理学家亚历山大·库森科(Alexander Kusenko)

库森科

 

看来,实验者工作得非常仔细,这实在是一个特大新闻……

目前还存在着不少对此持极端怀疑态度的人。即使这是真的,这样的结果既不能证明爱因斯坦错了,也不意味着因果关系因此被破坏而使时空之旅成为可能。如果我们在水这样的媒介中观察光传播的速度没有限制,物体就可以移动得比光快而又不违反爱因斯坦。这可以用印第安纳大学物理学家阿兰·考斯泰勒基(Alan Kostelecky)提议的真空背景场来建模。

也许时空可以扭曲,以便中微子采取捷径而非真正快过光速。有如我们的三维空间再加上一个时间维度看起来就很平坦,这样做将需要一个额外维度[由夏威夷大学马诺阿分校物理学家桑迪普·帕克瓦萨(Sandip Pakvasa)、范德比尔特大学物理学家汤姆·维勒(Tom Weiler)和帕斯共同提议]

另一方面,如果某样东西运动速度超过光速,那么因果关系的违反——时空之旅——就有可能实现(由范德比尔特大学物理学家詹姆斯·登特(James Dent)、帕克瓦萨、维勒和帕斯提出的采用两个扭曲的额外维度的模型)。当然,那样真的会疯了,造成令人难以置信的后果。即便可以,那样的局面也是相互有抵触的。

总而言之,这实在是令人兴奋。但是,正因为它如此令人兴奋,我不知道对于它能通过其他实验验证是否太乐观了。

——多特蒙德技术大学理论物理学家海因里希·帕斯(HeinrichPas)

[资料来源:Scientific American][责任编辑:则 鸣]

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