[转自果壳]意大利科学家发现超光速粒子，爱因斯坦狭义相对论或许错了？

lecrin

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Steed 专业级业余天文爱好者 ψ 发表于  2011-09-23 10:43:52
更新：这一发现真的意味着能够穿越到过去吗?

下面这条消息经过几天的媒体报道，已经开始全面转向时空穿越这一话题了。首先必须要再强调一遍，这一实验结果正因为牵涉重大，所以尤其需要谨慎对待。在得到其他实验的独立验证之前，以这个实验结果为依据大谈时空穿越是很不负责任的。各大媒体，请自己回去检讨一下。

那么退一万步来说，假说这个结果真的被其他实验独立验证了，是否就一定意味着时空穿越能够实现了呢？很可惜，答案仍然会让你失望。先来看看爱因斯坦的光速不可超越到底意味着什么。这个论断其实包含两点：一，这个世界存在速度极限；二，速度极限是光速。所以，就算这项实验得到验证，即中微子速度超过了光速，那也不能证明速度极限就不存在了。很有可能的一种情况是，对于不同的物质，存在不同的速度极限——普通物质有普通物质的速度极限，光子有光子的速度极限，而中微子有中微子的速度极限。只不过中微子有速度极限比光快了那么一点点，而已。在这种情况下，回到过去仍然是不可能的。

如果再退上一万步，如果中微子真的就没有速度极限了，可以任意超光速运行，想超多少就超多少，这样是否就可以穿越时间回到过去了呢？很可惜，这样的说法也有很大的漏洞。首先，超光速运动的话就可以回到过去，这实际上是从狭义相对论推出来的一个假设，它的成立是建立在狭义相对论正确的基础之上的。如果中微子可以任意超光速运行，如果这一点推翻了狭义相对论的基础，那么所谓“超光速可以回到过去”也就成了没有根基的说法，又怎么能以超光速来证明时间穿越呢？

所以，不论中微子是否超光速，穿越到过去，仍然是个非常美好，但找不到太靠谱理论依据的梦想！


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意大利一个科学家小组昨天宣布，他们在实验中找到了中微子超光速运动的证据。尽管其他科学家对这一结果仍持谨慎态度，但如果这项发现能够经得起进一步检验，它将颠覆现代物理学中最基本的一条法则——没有任何东西能够超过每秒299 792 458米的光速。

这个实验装置名叫OPERA，位于意大利格朗索萨国家实验地下1400米处，被设计用于研究从欧洲核子研究中心（CERN）发射过来的中微子束。CERN位于瑞士日内瓦附近，距离OPERA装置730千米。中微子是一种电中性的基本粒子，几乎不与其他物质发生作用，质量小到几乎可以忽略。但它们在我们周围大量存在——太阳内部核反应作为副产品产生的中微子，每秒就有数十亿个穿过你的眼睛。

这项发现的结果非常简单：中微子从CERN发出然后抵达OPERA探测器的时间，比光速运动所需的时间还短了60纳秒！OPERA发言人、瑞士伯尔尼大学的物理学家Antonio Ereditato说：“当时我们都震惊了！”

突破定律

任何物体的运动速度都不能超过真空中光速的想法，是爱因斯坦狭义相对论的基石，而狭义相对论又构成了现代物理学的基础。如果中微子真能超光速运动，那么科学上最基本的假设之一——对所有观测者而言，物理规律都完全相同——就将被证明是错的。CERN的理论物理学家John Ellis说：“如果这是真的，那就真的太牛了！”

Ereditato说，他对这个结果很有信心，所以才会公之于众。这些研究者声称，他们已经精确测量了CERN和OPERA探测器之间730千米的间距，误差在20厘米之内。他们对中微子运行时间的测量可以精确到10纳秒以内，而且在过去的2年内，他们已经在16 000多次事件中看到了这一效应。考虑到所有这些，他们相信这一结果的置信度达到6个sigma——这是物理学家用来表示对结果有信心的一种说法。

至少还有另外一项实验之前看到过类似的效应，不过置信度要低得多。2007年，美国明尼苏达州的MINOS实验装置，在研究伊利诺斯州费米实验室粒子物理研究所发出的中微子束时，也注意到了中微子抵达时间上的提前。MINOS实验发言人Jenny Thomas表示，当时他们的研究团队没有重视这一结果，部分原因在于探测器的确切位置存在太大的不确定性，无法确定这一发现的置信度。Thomas说，在OPERA这一结果公布之前，MINOS就已经计划要进行更精确的后续实验了。她说：“我希望我们能在一两年内展开后续实验，进行测量。”

合理质疑

如果MINOS能够证实OPERA的发现，事情可就大条了。意大利博洛尼亚大学的理论物理学家Antonino Zichichi说：“如果放弃光速，那么狭义相对论的整个构架就将轰然倒塌。”Zichichi推测，OPERA检测到的“超光速”中微子可能是从额外的空间维度“穿越”过来的，弦论之类的理论预言过额外空间维度的存在。

不过，Ellis仍然持怀疑态度。他说，许多实验都曾经寻找过超光速粒子，结果全都空手而回。OPEAR的这一结果遇到的最大麻烦，是一颗名叫“1987a”的近距离超新星爆发时观测到的中微子脉冲。如果OPERA测得的速度对所有中微子都适用，那么这颗超新星爆炸所产生的中微子脉冲就会比恒星爆炸发出的光早好几年抵达地球。但事实刚好相反，那些中微子是在超新星的光抵达后数小时内才抵达地球的。Ellis说，OPERA看到的现象跟这个结果是矛盾的。

Ereditato表示，他欢迎来自外界的质疑，但他也补充说，他们已经找不到其他说法来解释他们惊人的结果了。他说：“不管你在什么时候遇到这样的情况，都只能选择公之于众。”

原文来源是nature网站新闻，点击查看：超光速粒子突破理论极限

祈路

2070年某报纸刊：
《XXX科学家发现超超光速粒子，意大利科学家的理论或许错了？》