kaworuweb 發問於 科學其他:科學 · 9 年前

《評論》光速輸了?愛因斯坦理論受挑戰

更新:

近來 CERN / OPERA 這個實驗結果[1]鬧得沸沸洋洋,搶佔了不少新聞及討論區版面。不過很多新聞報導的敍述都是有誤的,所以我想或許該寫點東西澄清一下...

首先最明顯的問題是,幾乎所有報導都說這個實驗結果推翻相對論,但其實並不盡然。

嚴格來說,相對論並沒有如報導所說,要求任何質量不為零的物體『速度不能比光速快』;而是說他們的『速度不能等於光速』。

因為按照相對論,具質量的物體以光速移動需無限大的能量。

其結果就是,任何質量不為零的物體都無法被加速到光速、以及超光速(假設速度是連續變化的)。

但這並不表示粒子不能『一開始就是,且一直都是在超光速狀態』!

( 當然這可能導致一些奇怪的事情,例如虛數質量... )

雖然未有任何確切的證據支持,但理論學家早在半世紀前已經認為這樣子的粒子或許可以存在──稱之為快子/迅子(Tachyon)[2]。

基於 CERN/OPERA 的實驗是直接產生微中子,而不是像一般加速器實驗那樣把粒子加速。所以一個最直接的解釋就是這些微中子在產生的時候『已經是超光速』,也就是『快子』。這沒有能量無限大的矛盾。

事實上早有科學家提出理論認為微中子或許就是一種快子[3],也有實驗觀察到過微中子的超光速現象( 因結果很不明顯故被視為誤差 ),但當時未被接受。

如果CERN/OPERA的實驗獲得證實, 那麼科學家們可能要從資源回收桶中再翻出這些理論來研究研究...

不過就算相對論未有被全盤推翻,並不代表物理學家可以喘一口氣。

因為微中子超光速還是導致很多理論需要翻新,其中絕大部份是必須要量子理論才能描述。不過最讓他們抓頭的應該是:因果律可能被打破!

根據相對論(還好它沒被推翻?),對某些坐標系的觀察者而言,超光速粒子可以『回到過去』。

不過這並不表示如( 有誤的) 報導所說:『你可以作時光旅行』。

因為很簡單的原因:能超光速的是微中子,但你並不是由微中子組成!

所以很抱歉你無法幹掉你的爺爺[4];當然更不能當自己的老爸老媽[5]。

但它仍可以被利用作穿梭時光的訊號傳遞,而這同樣導致嚴重後果 ── 違反因果律的矛盾。

想像一下,你不必是運彩的主管,冒著被抓的風險偷偷鑽系統的時間漏洞。

你大可坐在家裡等開彩結果,然後send個message給『過去的你』說要買幾號,從而改寫你的人生....

我想對絕大多數的科學家而言,都無法想像一個違反因果律的世界。

[1] Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam

[2] Tachyon

[3] "The Neutrino as a Tachyon" Physics Letters B 150 (6): 431

[4] 祖父悖論

[5] 超經典短篇時光旅行科幻小說 "All You Zombies"

ps.

或許很多人也關心這個實驗到底是對是錯。

Well,基於這個實驗跌破了物理學家們的眼鏡,所以毫無疑問很多物理學家已拿起放大鏡來檢驗。

但到目前為止未有證據顯示歐洲的 CERN/OPERA 在實驗處理上有瑕疵。

所以大概得等其他們獨立的實驗團隊( 美國的Fermilab / 日本 T2K )重複這個實驗。而這表示應該至少要數個月甚至一年以後才會有明確的結論。

最後附上一個關於快子的笑話,有看懂的歡迎在下面簽到...

圖片參考:http://vixra.files.wordpress.com/2011/09/tachyons....

( 另一個有關的笑話謎語是:星際警察無法對超速的快子開罰單,為什麼? )

2 個解答

評分
  • 9 年前

    >『...運彩的主管必早一步已應用,輸贏的機率還不是一樣?』

    這跟輸贏多少無關, 重點是『歷史可以被改寫』── 不管是多重大或多微小.

    >『...把錄影帶倒放就知道時光倒流是甚樣情景;按相對論的原則,時間和空間是一齊流轉,是不可能測量到超光速的事情...』

    This is NOT the case.

    還記得有一集《超人》為了救人, 於是飛到外太空以超光速 "咻咻咻~~" 地繞了地球幾圈, 然後地球就開始像倒帶一樣反方向轉... 但這只物理零分的導演在亂搞.

    相對論不是放錄影帶!

    2011-10-03 18:44:43 補充:

    超光速"不會"使物體消失!

    物體在任何的space-time diagram中都是一直存在的──儘管對某些坐標系而言( NOT ALL! )它會是『回到過去』。

    到這裡其實都沒有任何矛盾──除非談到改變歷史.

    ps.

    相對論下超光速運動會導致『回到過去』是Well-known的.

    問題只是它能否携帶有用的訊息.

    若是Yes, 那麼打破因果律看來是難以避免.

    我們已知不少超光速現象, 如相速度、量子糾纏, 一些甚至是相對論本身就預言的, 例如宇宙膨脹. 但目前為止沒有一個被認為能否携帶有用的訊息.

    2011-10-04 15:54:04 補充:

    >『使宇航器的時間相對於基地的時間停止了,但以基地的角度來看是宇航器消失了』

    它的signal 紅移所以收不到訊號, 只代表你看不到, 不代表它"消失"了.

    假如有這樣一艘光速太空船, 而你坐在上面.

    既然你有信心它真的"消失"了.

    那我放一道牆在航道前面, 看你會不會撞上掛掉? 如何? XD~

    PS. 如前所述

    1). 超光速運動會導致『回到過去』只對某些坐標系而言.

    ( ex., 對上面實驗量到超光速運動的坐標系則並不是 )

    2) 光速/超光速運動在時空圖上也不過只是普通的軌跡點.

    它不會在我們的時空上消失, 除非你談論的是蟲洞或額外維度.

  • 9 年前

    kaworuweb大大:您好!冒昧在您的《評論》炮咀幾句。

    CERN/OPERA 這等機構沒有十拿九穩的把握,不會發表這種驚世的實驗結果,如果被找出瑕疵,不但有負聲望還會影响飯碗。待相關結果驗證後,相對論似乎需要修正,但因果論應無恙。

    用微中子的超光速去投注,運彩的主管必早一步已應用,輸贏的機率還不是一樣?不過卻可能開啟超光速通訊之門,微中子能輕易穿越普通物質和會變味,不是傳送訊息的理想媒介,也許以後還會發現更多不同的超光速現象。

    2011-10-02 12:04:26 補充:

    相反的是:這實驗結果否定以相對論的方程式,由數學推算出來的時光旅行"回到過去";把錄影帶倒放就知道時光倒流是甚樣情景;按相對論的原則,時間和空間是一齊流轉,是不可能測量到超光速的事情,因超光速的事情會隨著時間倒流回到過去的空間,即事情從原來的空間消失了,這樣就違反了質能不滅定律,使因果論失效;物理學完全由量子力學一統;如電影{BACK TO FUTURE}能作時間旅行的小車,當它速度達到80公里就會消失,然後在它要到的時空顯現。

    2011-10-02 12:04:59 補充:

    一直以來談及以超光速作為理論的時間旅行方案,從不考慮時間倒流會是怎樣景況,都是假定超光速的主體不變,只是看到外面世界由現在往從前走,違反了最基本的邏輯;理論上應如錄影帶倒放,主體在原來的時空消失,往來的路徑返回,一切物理化學現象都以相反的模式呈現,內裡的乘客清楚知道他們的(將來)是怎樣的,但只能猜測他們的(過去);這樣的時間旅行,那些人會有興趣?

    若這實驗的結果被確証,其實沒有甚麼大不了,假設光速'C'只不過是類光電磁波的傳播速度極限,世界不會有很大的改變,也許更容易理解。

    2011-10-04 01:07:00 補充:

    kaworuweb大大:謝謝您的回應。

    您說得對「超光速"不會"使物體消失! 」

    我不贊同:超光速運動會導致『回到過去』,不過亦不想討論這個問題,或許不久就會知道答案。

    也不認為時光可以倒流,卻對時光倒流究竟會是甚樣的情景感與趣,可否說說您的看法?

    2011-10-04 12:01:27 補充:

    不對!為何"超光速"的物體不會消失?

    一常舉的例子:假設一艘可光速航行的宇航器出發執行任務,設定每秒發一次雷射的訊息回基地,在航速的加速期間,基地接收到雷射訊息的時間每次都會有所延遲,當航速達至光速,基地就不會再收到宇航器所發的雷射訊息,理論上是因為洛侖兹變換,使宇航器的時間相對於基地的時間停止了,但以基地的角度來看是宇航器消失了。

    2011-10-04 23:53:34 補充:

    不管有沒有牆,光速太空船的駕駛員所面對的情况沒有分別,撞上掛掉是必然的結果,傻子才會坐;船上訊息並未發出,說不上紅移。

    以上只是我個人的猜測,不是相對論的詮釋。 光速太空船可能永遠只是人的夢想而已。

    遊戲文字,活動腦筋自娛,打擾了。

還有問題嗎?立即提問即可得到解答。