超光速中微子

时间:2024-11-10 10:39:59编辑:揭秘君

中微子通过高维度为什么能超光速

因为"高维度空间"存在"低维度空间"不存在的捷径
假设有一个苹果,上面有一条虫子,虫子处在苹果表面的A点,现在虫子要到苹果的另一端B点,它有两种走法.其一沿着苹果表面爬行(二维平面上的运动),其二咬个洞,从苹果内部穿行(三维空间里的运动),显然在三维中的路程要短于二维.同理可以类推,如果在四维、五维甚至更高维度,就将存在比我们的三维空间更短的路程(这就是我们说得“虫洞”),但是虫洞开启条件,至今都没有确切的答案.
类比中微子实验
假如做某项飞行器实验,设飞行器移动速度约为5km/s ,二维平面上北京到华盛顿距离设为10000km(也就是沿地球表面的距离),北京到华盛顿三维空间距离5000km(也就是从北京挖条隧道到华盛顿).
现在从北京发射飞行器,按常理飞行器沿着地球表面飞行,到达华盛顿的时间为2000s.但是,假设发射的过程中突然出现未知的原因,北京到华盛顿突然打通了一条隧道(类似于虫洞开启了),飞行器沿着隧道飞行,到达时间仅仅为1000s为原来的一半.于是人们惊奇的发现飞行器的速度竟然达到10km/小时(实验人员不知道通道的存在,下意识地认为飞行器沿地球表面飞行,路程10000km),已经超过第一宇宙速度7.9km/h——地球表面飞行速度的极限.这个案例和中微子超光速有着类似,中微子在我们三维空间里的极限速度是光速,但是如果从更高维度走捷径,中微子的表观速度可能超过光速.


中微子的运动速度是否超光速了呢?为什么?

意大利格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)的一个名为OPERA的实验设施从欧洲核子研究中心(CERN)采集到了中微子。据估计,中微子比光速快60纳秒,传播了732公里的距离。这一结果在科学界引起了巨大的混乱,因为它与爱因斯坦的狭义相对论相矛盾。爱因斯坦的狭义相对论认为,光速是宇宙的速度极限,没有任何东西能比光速更快。尽管学术界对此持怀疑态度,但欧洲核子研究中心在10月优化了实验,并开始回顾超光速中微子实验,得出结论称“新的测量方法不会改变最初的结果。”中微子能比光速快吗?如果它的速度超过光速会发生什么?这条重要的物理定律真的要被改写吗?光速不是宇宙的速度极限!这一爆炸性消息不仅震惊了学术界,也在科学爱好者中引起了轰动。中微子是什么?什么是暗物质?所有这些深奥的科学已经成为讨论的热门话题。为此,作者对中微子及其相关问题进行了综述和简要介绍。中微子的发现:搜索她数千次中微子的发现可以追溯到20世纪20年代末。当科学家们研究衰变(电子从一个原子核转变成另一种类型的原子核)时,他们发现在这个过程中有些能量损失了,这让他们感到困惑:能量守恒定律在亚原子过程中仍然适用吗?当时年仅30岁的奥地利物理学家泡利就凭能量守恒定律,并以非凡的直觉预言:在这个过程中,还必须有一种电中性,而且质量极小,与其他物质的相互作用极其微弱,不能探测到新释放的粒子,就是它所占的部分能量。他称这种未知粒子为“中微子”,也就是现在人们所说的中微子。1942年,美国物理学家艾伦根据中国物理学家王干长提出的方法,通过实验首次间接证实了中微子的存在。中微子很难被直接探测到,因为它们与物质的相互作用很弱,泡利自己也认为它们可能永远不会被探测到。然而,困难并没有阻碍科学的进步。

中微子真的可以超过光速吗?为什么?

在2011年,欧洲核子研究中心(CERN)的OPERA实验宣布了一个震惊科学界甚至是整个吃瓜群众界的消息,他们观测到中微子的移动速度超过了光速!消息一出舆论哗然,这简直就是一个科学领域的重磅炸弹!最后也被证实是一次乌龙实验,相对论大厦的基础依然坚挺!







那么OPERA实验是如何得出超光速这个结论的?让我们来复习一下。
OPERA实验中微子超光速事件


让一束高能质子以非常接近光速的速度(由于爱因斯坦的相对论,不能达到光速)撞向其他粒子,高能量的撞击会粉碎粒子产生一系列“碎片”。这些“碎片”中有一些是由中微子以及会衰变为中微子的不稳定粒子组成,中微子质量非常轻,比单个电子要轻数百万倍,但还是有质量的。







因为中微子几乎不与其他物质发生相互作用,我们发射一个中微子它就可以随意地穿透地球。当所有其他的粒子都被地面上的粒子阻挡时,中微子却像自由落体一样继续运动,只受周围物体引力的影响。





在一年多的时间里,OPERA探测到大约16000个这样的中微子,并且测量了这些中微子的一些特性,包括到达时间。当科学家查看数据时,他们的发现绝对令人震惊!根据这些中微子的能量和它们的传播距离,科学家能够精确地计算出这些中微子从欧洲核子研究中心产生的地方到到达OPERA探测器所需要的时间。其结果应该是与真空中光速基本上没有区别!也就是说理论上中微子的速度和光速很接近,可以说没有区别!

但是科学家发现中微子比光速早到了大约60纳秒,也就是快60纳秒。这个实验结果在理论上不论是高能中微子还是低能中微子都不可能发生!当时很多人就坐不住了,出来反驳!

但是实验方声称他们的实验做的很好,完全没有问题!这种革命性的实验结果肯定要受到科学界严格的审查和调查。主要考虑实验方是否在用错误的结果进行科学欺诈,这个在 历史 上也发生过;实验中是否存在未知的错误!或者这真的预示着物理学中一场潜在的革命即将到来。于是其他地方的科学家就开始着手准备进行实验。
费米实验室和日本神冈准备着手进行独立的实验


在日本的计划是,科学家以与OPERA实验相似的高能量制造中微子,并将中微子从东海发送到神冈,距离为295公里,称为 T2K中微子实验 。







同样,在美国的计划是将一束中微子从费米实验室发射到明尼苏达州的苏丹矿井。从费米实验室到苏丹矿的距离呢?一个不可思议的距离:732公里。和OPERA实验的距离完全一样!称为 MINOS中微子实验 。
大反转








这两个结果可能是最无聊的结果,但也是人们最期待的选择。中微子的移动速度没有超过光速,而且OPERA实验之所以能取得超光速的成果,是因为他们的实验中发生了独特的错误。(最后被证明为线路故障)







OPERA实验将会面临同行的嘲讽,项目负责人塞尔吉奥·贝尔托鲁奇真的很尴尬,引起这么大的轰动结果是个乌龙!

就在费米实验室和日本神冈还没来得及完成实验呢,在2012年3月16日OPERA团队经过自查宣布中微子在实验中超光速,源于两处系统错误导致:
这就是中微子超光速的始末!那么中微子能超光速吗?
在相对论中有质量粒子在真空中只能无限接近光速,而中微子的速度也是和光速无法区分,这里说的都是在真空中。

如果在介质中很多现象都可以超光速,例如电子在水中就可以被加速到超光速,并且发出切伦科夫辐射的蓝色辉光!

还有在恒星中或者超新星爆发时,中微子也可以超光速,因为光在恒星核心产生,向外传播时会有其他带电粒子相互作用,运动异常缓慢,一个典型的光子要从恒星核心到达表面需要经过数万年的时间。而中微子可以轻松的穿过任何稠密的物质!

因此我们要正确的理解超光速这种现象,目前我们已知的超光速现象都是在耍赖!

有种观点,说光的时间归零,按照这种观点,光应该是相对宇宙的整体来说,可能是相对静止的。光,很普通,宇宙中到处都是,但它的性质又很深奥,它把整个宇宙联系在了一起,对于光子来说,时间归零了,它有空间概念吗?不知道。不仅如此,光的很多不知道有待人类去研究、 探索 。光,可能是人类认识宇宙本质的一把钥匙。

中微子,人类所所认识到的是它超强的穿透性,这种物质就包含在它的名字当中:(1)、“中”,即中性,不受电磁力的影响,运动起来畅通无阻;(2)、“微”,即小,可能现在发现的粒子当中没有比它还小的吧,我们知道,一个原子中99点几以上的是空间,而向原子核级看,向夸子级看,和再向人类还没有认知更深级,其密度是逐渐增大的,其内部空间可能要小点,但也小不到那里去,就是说物质的路大部分是空间,而物体只有碰到物体的实体时,才会停下来,这是中微子强大的穿透力的另一个原因,比如一个中微子在穿过一个原子时,绝大部分是空间,而遇到电子与原子核的概率已经很低了,但是,电子、原子核内部的空间又占绝大部分,碰到比它小的粒子(我认为是存在的)或者说比它更坚硬的实体的可能性太小太小了。再者,由于很小,质量也就很小,与其它物体的相互作用也必将很小,这也是穿透力强的一个原因。

中微子的速度比光子小点吧。为什么小点,就不知道了,可能是物体发出光子与中微子的机制不同吧。题目的提问是速度问题,而又知道的少,所以答非所问了,只能说点知道的了。


在我们的宇宙中,任何有静止质量的物体都不能达到光速或者超光速,只有静止质量为0的光可以以光速飞行,宇宙膨胀速度超光速是因为宇宙空间本身的运动不受相对论制约,并且宇周膨胀本身也不传递信息,量子纠缠的速度虽然超过光速好几个数量级,但是量子纠缠目前只能用来加密信息而无法传递信息。

可以说自从科学家们证明光速不可被超越和光速不变后,人们一直在寻找宇宙中的超光速现象,而中微子是一种拥有微小质量的粒子,本身可以接近光速运动,但是不可能超过光速。


2011年的时候科学家在奥佩拉实验中发现中微子的运行速度比光还快,这个消息直接引起了物理学界大地震,很多物理学家都主张重复奥佩拉实验,但是重复后发现中微子的运行速度仍然是超光速,直到2012时才发现所谓的中微子超光速不过是因为光纤接头松动导致的,所以说中微子超光速其实是一个大乌龙,原来主导中微子超光速实验的主任也引咎辞职了,后来的继任者重新测量了中微子的速度,证明了中微子并没有超过光速。

现如今科学界已经不不相信有哪种粒子可以以超光速运动了,光速仿佛是我们宇宙的基本框架之一,光速可以被超越就意味着人类所有科学理论的崩塌,意味着人类几百年来的科学全都是错的。



如果光速可以被超越,那么就说明我们现在的理论全都是错的,但是我们现在的 科技 水平完全是靠之前的科学理论才发展起来的。


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