那麽OPERA實驗是如何得出超光速的結論的呢?我們來復習壹下。
OPERA實驗中微子超光速事件
讓壹束高能質子以非常接近光速的速度與其他粒子碰撞(因為愛因斯坦的相對論達不到光速)。高能碰撞會壓碎粒子,產生壹系列“碎片”。其中壹些“碎片”由中微子和不穩定粒子組成,這些不穩定粒子將衰變為中微子。中微子很輕,比單個電子輕幾百萬倍,但仍然有質量。
因為中微子幾乎不與其他物質相互作用,我們發射壹個中微子,它可以隨意穿透地球。當其他所有粒子都被地面上的粒子阻擋時,中微子像自由落體壹樣繼續運動,只受周圍物體引力的影響。
在壹年多的時間裏,OPERA探測到了大約16000個這樣的中微子,並測量了這些中微子的壹些特性,包括到達時間。當科學家查看數據時,他們的發現絕對令人震驚!根據這些中微子的能量及其傳播距離,科學家可以精確計算出這些中微子從CERN產生的地方到達OPERA探測器所需的時間。結果應該和真空中光速基本壹致!也就是說理論上中微子的速度和光速很接近,所以沒有區別!
但科學家發現,中微子比光速早到達約60納秒,也就是快了60納秒。這個實驗結果無論是高能中微子還是低能中微子,理論上都不可能出現!當時很多人坐不住了,出來反駁!
但是實驗者聲稱他們的實驗非常好,壹點問題都沒有!這壹革命性實驗的結果必須經過科學界的嚴格審查和調查。主要考慮實驗者是否在利用錯誤的結果進行科學造假,這在歷史上也有發生;實驗是否存在未知誤差!還是這真的預示著壹場潛在的物理學革命即將到來?於是其他地方的科學家開始準備實驗。
費米實驗室和日本Kamoka準備進行獨立實驗。
日本的計劃是,科學家制造類似OPERA實驗的高能中微子,從東海送到龜岡,距離295公裏,稱為T2K中微子實驗。
同樣,美國的計劃是從費米實驗室向明尼蘇達州的蘇丹礦發射壹束中微子。費米實驗室到蘇丹礦有多遠?難以置信的距離:732公裏。和OPERA的實驗距離壹模壹樣!叫做邁諾斯中微子實驗。
大逆轉
這兩個結果可能是最無聊的結果,但也是最值得期待的選擇。中微子的運動速度並不比光速快,OPERA實驗之所以能達到超光速,是因為他們在實驗中獨特的失誤。(最後證明是線路故障)
OPERA實驗會面臨同行的嘲諷。項目負責人塞爾吉奧·貝爾托盧奇非常尷尬。引起這麽大的轟動是烏龍球!
就在費米實驗室和日本的卡莫卡還沒來得及完成實驗的時候,2012年3月,OPERA團隊在自查之後宣布實驗中中微子的速度超過了光速,這是由兩個系統錯誤造成的:
這就是中微子超光速的始末!那麽中微子能超過光速嗎?
在相對論中,有質量的粒子在真空中只能無限接近光速,中微子的速度與光速無法區分。這裏說的都是真空的。
如果很多現象在介質中可以超光速,比如電子在水中可以加速到超光速,發出切倫科夫輻射的藍光!
此外,中微子在恒星或超新星爆發中也能超過光速,因為光是在恒星核心產生的,其他帶電粒子向外傳播時會相互作用,運動極其緩慢。壹個典型的光子從恒星核心到達表面需要數萬年。而且中微子可以輕易穿過任何致密物質!
所以要正確理解超光速現象。目前我們所知道的超光速是作弊!
有壹種觀點認為光的時間歸零。根據這種觀點,光相對於整個宇宙應該是相對靜止的。光,很普通,在宇宙中無處不在,但它的本質是深邃的。它將整個宇宙連接在壹起。對於光子,時間為零。它有空間的概念嗎?不知道不僅如此,光的很多未知都需要人類去研究和探索。光可能是人類了解宇宙本質的壹把鑰匙。
中微子,人類所知道的是它的超強穿透性,這種物質包含在它的名字裏:(1),“中性”,即中性,不受電磁力影響,運動無阻;(2)、“微”,即小,也許現在沒有比它更小的粒子了。我們知道,壹個原子中99個點以上都是空間,但是看原子核層面,看隔離區層面,看人類認知的更深層次,它的密度是逐漸增加的,它的內部空間可能更小,但也比那裏更小。也就是說,大部分物質路徑都是空間。這是中微子穿透力強的另壹個原因。比如中微子穿過原子時,大部分是空間,遇到電子和原子核的概率已經很低了。但是電子和原子核內部的空間占絕大多數,遇到比它小的粒子(我覺得是存在的)或者比它硬的實體的可能性太小了。再者,因為它很小,質量也很小,與其他物體的相互作用必然很小,這也是它穿透力強的壹個原因。
中微子比光子慢。為什麽變小了?我不知道。可能是物體發出光子的機制與中微子不同。題目的問題是速度的問題,但我了解的不多,只能說壹些我知道的。
在我們的宇宙中,沒有任何具有靜態質量的物體能夠達到光速或超光速。只有靜態質量為0的光才能以光速飛行。宇宙膨脹速度之所以比光速快,是因為空間本身的運動不受相對論的限制,宇宙膨脹本身並不傳遞信息。雖然量子糾纏的速度超過光速幾個數量級,但量子糾纏目前只能用來加密信息,不能傳輸信息。
可以說,自從科學家證明光速不可超越,光速不變之後,人們就壹直在尋找宇宙中的超光速現象,而中微子是壹種質量極小的粒子,本身可以接近光速運動,但不能超過光速。
2011年,科學家在Opera實驗中發現中微子的速度超過了光速。這個消息直接引起了物理學的大地震。很多物理學家主張重復Opera實驗,但是重復之後發現中微子還是比光快。直到2012才發現所謂的中微子比光還快,就是因為光纖連接器松了。所以中微子超光速其實是個大烏龍。領導中微子超光速實驗的主任也辭職了。後來他的繼任者重新測量了中微子的速度,證明了中微子沒有超過光速。
如今科學界已經不再相信任何粒子可以超光速運動。光速似乎是我們宇宙的基本框架之壹。光速可以被超越,意味著人類所有科學理論的崩塌,意味著人類幾百年的所有科學都是錯誤的。
如果光速可以被超越,那就說明我們現在所有的理論都是錯的,但是我們現在的科技水平完全是靠以前的科學理論發展起來的。