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

國(guó)芝加哥附近的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室Minos項(xiàng)目圖示，該項(xiàng)目將有望提供對(duì)于歐洲實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證性結(jié)論

他們?cè)缜坝?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(kāi)始著手進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和分析，試圖排除之前實(shí)驗(yàn)中可能存在的源誤差。他們借以測(cè)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(shí)驗(yàn)室的粒子束。

達(dá)里奧·奧蒂羅(Dario Autiero)是格蘭·薩索奧普拉(Opera)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(duì)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(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(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(zhǎng)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(shí)間。

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

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

有待其他科學(xué)家獨(dú)立實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

他們打算明年進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的精度。但是奧蒂羅本人和他的團(tuán)隊(duì)中160名來(lái)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(duì)在他處進(jìn)行獨(dú)立的驗(yàn)證試驗(yàn)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(dú)立驗(yàn)證試驗(yàn)在芝加哥附近的美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，這里一項(xiàng)名為“主注入器中微子振蕩搜尋”(Minos)的實(shí)驗(yàn)中，同樣有一束中微子流被射出，運(yùn)行和歐洲的實(shí)驗(yàn)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(cè)器。

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

喬·瓦爾丁(Joe Walding)是Minos項(xiàng)目科學(xué)家，他說(shuō)：“我們現(xiàn)在重新回過(guò)頭去審視我們當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)并嘗試改進(jìn)我們的系統(tǒng)。比如對(duì)我們的原子鐘進(jìn)行升級(jí)以便獲得更高的時(shí)間精度。在接下來(lái)的4~5個(gè)月內(nèi)我們就將有能力指出歐洲Opera實(shí)驗(yàn)的大方向是否是正確的，而在未來(lái)一年內(nèi)我們就將有能力最終判定其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否是可靠的。”

而與此同時(shí)，這樣的結(jié)果讓理論物理學(xué)家們開(kāi)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(guò)一些隱藏的額外空間維度而走了捷徑？

不過(guò)對(duì)于所有這些解釋，Opera實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的科學(xué)家們則不愿過(guò)多參與。正如奧蒂羅所說(shuō)的那樣：“我們只想集中精力獲得更多高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。”

附：超光速問(wèn)與答

1、為什么科學(xué)家們認(rèn)為光速是無(wú)法超越的？

在20世紀(jì)初，偉大的物理學(xué)家愛(ài)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(gè)基本常量，也是任何物質(zhì)都無(wú)法超越的最高速度值。在現(xiàn)實(shí)世界中，唯一能真正以光速運(yùn)行的“物體”是光子，即組成光的“粒子”。它穿越真空時(shí)的速度為光速。

愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論中引入了光速概念，并指出不論觀察者是誰(shuí)，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(ài)因斯坦不得不對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行修正，這樣做的結(jié)果便是讓時(shí)間和空間這樣傳統(tǒng)意義上的絕對(duì)量變成了可變量：一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的速度越快，它所經(jīng)歷的時(shí)間會(huì)變慢。狹義相對(duì)論還引出了愛(ài)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(shí)驗(yàn)室的結(jié)果被證實(shí)是正確的，那么物理學(xué)家們將有理由認(rèn)為狹義相對(duì)論事實(shí)上是錯(cuò)誤的。這很棘手，因?yàn)閻?ài)因斯坦的這一理論已經(jīng)經(jīng)受了無(wú)數(shù)次檢驗(yàn)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(diǎn)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(gè)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(xiàng)目組進(jìn)行的工作，其目標(biāo)旨在檢測(cè)中微子振蕩現(xiàn)象。但在實(shí)驗(yàn)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(shí)間更早抵達(dá)了探測(cè)器。

今年9月，歐洲的科學(xué)家稱，按照理論預(yù)計(jì)這些中微子應(yīng)當(dāng)花費(fèi)大約2.4毫秒的時(shí)間抵達(dá)探測(cè)器，但是在反復(fù)觀察3年，對(duì)超過(guò)1.5萬(wàn)個(gè)中微子案例進(jìn)行檢測(cè)計(jì)時(shí)后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些中微子比理論計(jì)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(jì)算，這些抵達(dá)探測(cè)器的中微子的運(yùn)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(cè)到，因而被賦予了“幽靈粒子”的稱號(hào)。在你看這篇文章時(shí)，正有數(shù)百億個(gè)中微子穿過(guò)你的眼睛。中微子可以在某些放射性衰變過(guò)程中產(chǎn)生，在原子或宇宙射線間的對(duì)撞中產(chǎn)生，或是在諸如太陽(yáng)核心發(fā)生的熱核聚變等過(guò)程中產(chǎn)生。

5、現(xiàn)在有沒(méi)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(shí)驗(yàn)結(jié)果被證實(shí)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(gè)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(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的喬伊·林肯(Joe Lykken)告訴《紐約時(shí)報(bào)》的記者說(shuō)：“愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論只對(duì)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(shí)有可能光速在那片區(qū)域是不同的。”

美國(guó)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(yùn)行速度可以超過(guò)光速，其方法是和一種未知的，隱藏在真空中的場(chǎng)發(fā)生相互作用。他告訴記者說(shuō)：“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(yùn)動(dòng)速度最快得，光緊隨其后?！?/p>

6、這是否意味著時(shí)間旅行將成為可能？

先不要激動(dòng)，我們還不可能一下子就跳到恐龍時(shí)代去旅行。盡管如果真的被證實(shí)粒子的運(yùn)行速度可以超越光速，那么根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，時(shí)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(gè)人送回過(guò)去，那還是遙遙無(wú)期的事情。

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