早期和中期的超光速研究

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早期和中期的超光速研究

    在1905年以前，科学界对“速度”从未认为存在极限。1905年狭义相对论（SR）问世，其中却有一条“光速极限法则”。我们知道，A.Einstein是一位家喻户晓的人物，纵观他的一生和他的工作，称他为“伟大的物理学家”是没有问题的。他的光子学说，以及他的其他科学贡献，确实可以彪炳千秋。但是，对他的相对论人们提出了越来越多的质疑。例如，早在1962~1971年间，H.Bondi、P.G.Bergmann和 N.Rosen就指出，相对性原理和宇宙学原理之间存在着深刻的矛盾。然而，正是相对性原理和光速不变原理一起，构成了SR的基础。而且，Einstein的光速不变原理实际上是假设“单程光速不变”，这个假设至今也没有得到实验上的证明，甚至被认为是不可能证明的假定。中国科学家陆启铿、邹振隆、郭汉英早在1980年就曾指出，对于现实宇宙的大尺度行为SR已无意义，故对相对论的理论基础必须重新考察。

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    SR理论断言“超光速运动不可能”，其实是站不住脚的。这个断言主要来自两个推论，一是“运动物体在运动方向上的尺度随速度增加而减小”，二是“运动物体的质量随速度增加而加大”；即 式中、是物体静止时的尺度和质量，β=v/c，v是动体速度，c是光速。由于以上两式，SR便断言“v>c时的讨论已无意义”。其实，这两个推论都没有直接的、判据性的实验证明。因此，多年来超光速研究也就在我们这个星球上不断地开展。它虽然还处在婴儿时期，对科学和技术的发展已产生了良性刺激。

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    最早的报告来自对微观粒子的观测。长期以来，人们认为介子（mesons）的运动速度小于光速。1955年，O.Chamberlain 等的文章（Phys.Rev.,Vol.100,947）说，对π介子的测量表明，它在3.8×10-8s时间内飞行了40ft (约12.2m)距离，故其速度为320842105.2 m/s，即v=1.0702c。故认为π介子的飞行速度是超光速的；但以后没有对此再研究下去。

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    20世纪60年代以来的超光速研究，即早期开展的工作，是寻找“快子”及观测类星体。“快子”一词的英文是tachyons，是美国 Coloumbia大学教授Gerald Feinberg于1967年提出来的；它是根据tachus（希腊文中意为“快速”）而创造的词。快子以超光速运动，其速度v>c。1960年之后，一些物理学家认定：Einstein的“速度极限”（speed Limit）不能用在“已经以超光速运动的粒子”身上，这种粒子就是快子。为了不与SR理论相矛盾，Feinberg 假定快子的静止质量为虚数（）。然而，人们一直无法说明“虚数质量”的意义，实验上也找不到证据。后来，即在1986年~2000年间，对中微子（neutrinos）的测量表明可能其<0，故一些物理学家认为中微子是快子，以超光速运行。但迄今为止尚不清楚中微子的运动速度究竟是怎样的；而且，对其可能为负数也有其他不同的解释。

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快子有一些古怪的特性。例如，它损失能量时将加速，故能量为零时的速度是无限大。实际上，只有无限大能量才能使快子减速到c。无限大能量是不可能达到的，故快子不能以c（以及小于c）的速度运动。快子仿佛存在于相对于亚光速粒子来讲是镜象的世界。当它穿过真空空间，会产生称为 克雷科夫辐射的光锥。……尽管快子尚未找到，然而最早是为了避开狭义相对论（SR）困难而提出的快子，却出现在各种物理理论中。例如，有人认为宇宙线中可能有快子；也有人认为它存在于暗物质（里；在弦论中快子也有重要意义。