歐洲新實驗再次證明中微子超光速 時間旅行有可能

歐洲物理學(xué)家們現(xiàn)在有了更新的證據(jù)來證明亞原子粒子的運行速度確實超越了光速，如果實驗得到進(jìn)一步證實，將打破自愛因斯坦發(fā)布其相對論以來一直被整個物理學(xué)界奉為圣經(jīng)的“光速不可超越”原則。

國芝加哥附近的費米實驗室Minos項目圖示，該項目將有望提供對于歐洲實驗結(jié)果的驗證性結(jié)論

他們早前于9月份發(fā)表的初步論文在全世界范圍內(nèi)引發(fā)了軒然大波和廣泛的質(zhì)疑。于是隨后他們開始著手進(jìn)行進(jìn)一步的驗證實驗和分析，試圖排除之前實驗中可能存在的源誤差。他們借以測量的目標(biāo)是從位于瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心(CERN)發(fā)出，飛行730公里抵達(dá)位于意大利格蘭·薩索(Gran Sasso)附近的地下實驗室的粒子束。

達(dá)里奧·奧蒂羅(Dario Autiero)是格蘭·薩索奧普拉(Opera)實驗項目的負(fù)責(zé)人之一，他表示這篇發(fā)表于上周五的論文對先前的數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新分析，并排除了一些可能出現(xiàn)的誤差。

歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC)設(shè)備

研究人員此次改變了之前的做法，以極短的脈沖發(fā)射出中微子，持續(xù)間隔僅有3納秒，而非之前采用的更長的脈沖。這樣做可以讓物理學(xué)家們更精確地確定中微子的確切飛行時間。

奧蒂羅說：“很多人對于我們的統(tǒng)計分析結(jié)果心存疑慮，而現(xiàn)在這種統(tǒng)計分析的誤差已經(jīng)微不足道了?！?/p>

測量結(jié)果顯示中微子從出發(fā)地抵達(dá)目的地所用的時間比它們以光速運行所需時間少了60納秒。盡管這一速度僅比光速值高出大約百萬分之二十，但即使是這樣的超越也將顛覆整個物理學(xué)的基石。

有待其他科學(xué)家獨立實驗驗證

他們打算明年進(jìn)行更多的實驗來進(jìn)一步改進(jìn)實驗的精度。但是奧蒂羅本人和他的團(tuán)隊中160名來自全球各地的專家認(rèn)為最終仍然應(yīng)當(dāng)由其他科學(xué)家團(tuán)隊在他處進(jìn)行獨立的驗證試驗才能最終判定這一結(jié)果的準(zhǔn)確性，也只有這樣才能最終打消人們的顧慮，從而贏得科學(xué)界的認(rèn)同。

其中主要的獨立驗證試驗在芝加哥附近的美國費米實驗室進(jìn)行，這里一項名為“主注入器中微子振蕩搜尋”(Minos)的實驗中，同樣有一束中微子流被射出，運行和歐洲的實驗中相似的距離，并最終抵達(dá)設(shè)立在明尼蘇達(dá)州的地下探測器。

事實上早在2007年，Minos實驗的科學(xué)家們便已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些微粒的運行速度似乎超越了光速，但是他們沒有引起重視，認(rèn)為這一結(jié)論不具備統(tǒng)計顯著性。

喬·瓦爾丁(Joe Walding)是Minos項目科學(xué)家，他說：“我們現(xiàn)在重新回過頭去審視我們當(dāng)時的數(shù)據(jù)并嘗試改進(jìn)我們的系統(tǒng)。比如對我們的原子鐘進(jìn)行升級以便獲得更高的時間精度。在接下來的4~5個月內(nèi)我們就將有能力指出歐洲Opera實驗的大方向是否是正確的，而在未來一年內(nèi)我們就將有能力最終判定其實驗結(jié)果是否是可靠的?！?/p>

而與此同時，這樣的結(jié)果讓理論物理學(xué)家們開始了難熬的日子。他們現(xiàn)在正在努力思索，試圖解釋這種似乎有違光速極限定理的現(xiàn)象，比如他們提出這些中微子是否有可能穿過一些隱藏的額外空間維度而走了捷徑？

不過對于所有這些解釋，Opera實驗項目的科學(xué)家們則不愿過多參與。正如奧蒂羅所說的那樣：“我們只想集中精力獲得更多高質(zhì)量的數(shù)據(jù)?！?/p>

附：超光速問與答

1、為什么科學(xué)家們認(rèn)為光速是無法超越的？

在20世紀(jì)初，偉大的物理學(xué)家愛因斯坦在物理學(xué)家麥克斯韋所做工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，指出光速c是一個基本常量，也是任何物質(zhì)都無法超越的最高速度值。在現(xiàn)實世界中，唯一能真正以光速運行的“物體”是光子，即組成光的“粒子”。它穿越真空時的速度為光速。

愛因斯坦在狹義相對論中引入了光速概念，并指出不論觀察者是誰，也不論觀察者的參照系，物理學(xué)定律是處處相同的。為了兼容光速不變的基礎(chǔ)，愛因斯坦不得不對牛頓運動定律進(jìn)行修正，這樣做的結(jié)果便是讓時間和空間這樣傳統(tǒng)意義上的絕對量變成了可變量：一個物體運動的速度越快，它所經(jīng)歷的時間會變慢。狹義相對論還引出了愛因斯坦最著名的質(zhì)能方程 E = mc2，首次指出質(zhì)量與能量之間可以相互轉(zhuǎn)換。

2、“超光速中微子”這一發(fā)現(xiàn)的究竟有多重要？

如果此前意大利加蘭·薩索實驗室的結(jié)果被證實是正確的，那么物理學(xué)家們將有理由認(rèn)為狹義相對論事實上是錯誤的。這很棘手，因為愛因斯坦的這一理論已經(jīng)經(jīng)受了無數(shù)次檢驗并且都被證明是正確的。現(xiàn)在這一理論已經(jīng)成了人類理解宇宙的基石。

光速為常量這一點也構(gòu)成了因果律的基礎(chǔ)，即結(jié)果總是發(fā)生在原因之后。如果光速可以超越，那么因果律也將隨之崩潰，整個物理學(xué)都將被迫推倒重寫。

3、那么意大利的物理學(xué)家們究竟是怎么做的呢？

這是意大利加蘭·薩索的OPERA設(shè)備項目組進(jìn)行的工作，其目標(biāo)旨在檢測中微子振蕩現(xiàn)象。但在實驗中他們發(fā)現(xiàn)歐洲核子中心(CERN)從730公里外發(fā)出的中微子射束比他們預(yù)料的時間更早抵達(dá)了探測器。

今年9月，歐洲的科學(xué)家稱，按照理論預(yù)計這些中微子應(yīng)當(dāng)花費大約2.4毫秒的時間抵達(dá)探測器，但是在反復(fù)觀察3年，對超過1.5萬個中微子案例進(jìn)行檢測計時后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些中微子比理論計算值“早到”了大約600億分之一秒，誤差為大約正負(fù)100億分之一秒。

光在真空中的傳播速度為2,9979,2458米/秒，而根據(jù)計算，這些抵達(dá)探測器的中微子的運行速度達(dá)到2,9979,8454米/秒，這令人震驚。

4、那究竟什么是中微子呢？

中微子是一種電中性粒子，擁有質(zhì)量但極小。它們和正常物質(zhì)反應(yīng)非常微弱，這一性質(zhì)使得它們幾乎難以被探測到，因而被賦予了“幽靈粒子”的稱號。在你看這篇文章時，正有數(shù)百億個中微子穿過你的眼睛。中微子可以在某些放射性衰變過程中產(chǎn)生，在原子或宇宙射線間的對撞中產(chǎn)生，或是在諸如太陽核心發(fā)生的熱核聚變等過程中產(chǎn)生。

5、現(xiàn)在有沒有什么理論能解釋這種詭異的現(xiàn)象呢？

如果超光速中微子的實驗結(jié)果被證實是正確的，那么你可能需要到物理學(xué)一些不太主流的角落去尋找可能的答案。其中有一個理論認(rèn)為中微子可以穿越某種隱藏的維度，并借此走捷徑。美國費米國家實驗室的喬伊·林肯(Joe Lykken)告訴《紐約時報》的記者說：“愛因斯坦的狹義相對論只對平坦空間有效，因此如果真的存在某種‘卷曲’的第五維度，或許確實有可能光速在那片區(qū)域是不同的?！?/p>

美國印第安納大學(xué)教授阿蘭·科斯泰勒基(Alan Kostelecky)曾在1985年提出中微子的運行速度可以超過光速，其方法是和一種未知的，隱藏在真空中的場發(fā)生相互作用。他告訴記者說：“在這樣的大背景之下，光速并非一定是自然界的速度極限，而是很有可能中微子才是運動速度最快得，光緊隨其后?！?/p>

6、這是否意味著時間旅行將成為可能？

先不要激動，我們還不可能一下子就跳到恐龍時代去旅行。盡管如果真的被證實粒子的運行速度可以超越光速，那么根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，時空旅行將是可能的。但是以我們目前的技術(shù)和材料科技而言，想把一個人送回過去，那還是遙遙無期的事情。

物理學(xué)家們曾經(jīng)設(shè)想過一種虛構(gòu)的粒子，稱為“速子”，它的運行速度快過光速，也因此能回到過去。但是即便是根據(jù)這種虛構(gòu)的“速子”進(jìn)行的模擬計算也顯示，這樣的粒子即使存在，也是無法和一般物質(zhì)發(fā)生任何相互作用的。