发现超光速现象？未必！【转帖】
本帖最后由 positron 于 2011-9-27 11:48 编辑这几天，关于发现超光速现象，或者说发现中微子的运动速度可以超光速的实验结果，闹的沸沸扬扬，简直有颠覆物理学之势。这个实验组已经在预印本系统ArXiv上公布了相关论文，国外一些网站上也有相关的说明。本来，还想是否抽点时间关注下这个天大的新闻，甚至粗略看一下那篇文章，了解下到底是咋回事。不过，有人事先代劳了，今天，科学网博客张文卓发表了一篇博文，比较详细的讲解了这个东东。
简言之：这个结果即使不能说很不靠谱，至少距成为一个确定的实验结果还相当遥远。这个超光速的实验结果，极可能只是一个实验误差！各位喜欢新东西的，恐怕要失望了。
简单讲，CERN那边产生的中微子，经过长途跋涉，到达意大利罗马附近的LNGS被接受，经过了大约730km距离，说中微子超光速，是因为接收到中微子的时间，比按照中微子以光速跑过来早了一点。但这里有问题了：怎么就判断来的早了呢？方法是通过两个地方，即CERN和LNGS之间进行对钟，这是就有问题了，这个对钟绝对靠谱吗？实际上，他们是用GPS对钟的，虽然这是当前能够利用的很好的办法，但并不能满足这个实验的对钟需要。
所以，这个实验的结果完全可能是因为GPS 对钟的不准确带来的。实际上，神马超光速的都是浮云。
科学网的博文请看2L，已经争得了作者的同意，转在这里。如对相关讨论感兴趣的，请移驾科学网。
有关的科学网博文：（实在懒的一一征求作者同意了，这里只给链接，感兴趣的到科学网看，反正也不麻烦。）
曹俊的博文：撼动现代物理学的根基：超光速的中微子，“超光速”中微子实验中的测量问题
钱磊的博文：吐槽中微子超光速实验
李泳的博文：中微子的机会
如看到科学网再有相关博文，会继续在这里添加。
对这两天新闻爆炒的“中微子超光速实验”的评论
这个事情的介绍就不用我多说了。从CERN（欧洲核子中心）产生中微子300GeV的中微子束，穿过阿尔卑斯山的地下隧道，到达意大利罗马附近的LNGS（国家核物理研究所）。大约730公理长的距离，测量结果发现中微子比光速快了60ns到达探测器，于是这个新闻结果让这两天物理学界小沸腾了一下。不乏大量的批评者和少数的dreamer在憧憬超越相对论的可能性。这是科学网上的链接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/9/253015.shtm?id=253015
这是physorg上的新闻地址：http://www.physorg.com/news/2011-09-cern-faster-than-light-particle.html
这个是最重要的，CNGS组在arXiv上贴出了他们的paper：http://arxiv.org/abs/1109.4897
当然我也凑热闹地的下载了这篇paper读了一下。我最感兴趣的地方就是CERN和LNGS两地的时钟是如何校对的，这个可是直接决定测量结果的可信度。不出所料，他们用的是GPS系统，这样他们的实验结果饱受非议就不奇怪了。
GPS系统的核心是那些天上的卫星，每个卫星里面都有一个原子钟。卫星来靠与地面接收站（或者接收器）来回通信一次的时间差的一半再乘上光速，来计算自己相对于这个卫星的距离。这样三个卫星就可以给这个地面接收装置来定位了。一般还需要第四个卫星校准一下。这个时间差就是通过原子钟测量的。卫星上目前主要是铯钟和氢钟，铯钟精度在10^-13s左右，氢钟在10^-14s左右。如果简单地把10^-14s乘上光速3*10^8m/s，发现氢钟空间的定位精度可以达到可怕微米量级！但实际上GPS系统空间定位精度只有米的量级！原因是这里面有大量的系统误差！除了卫星相对地球的运动以外，还包括电子设备的delay，以及微波信号在空气中的折射率，一般是1.000x量级。
这样问题就出来了。当CERN和LNGS用同一个GPS卫星上的原子钟定时的时候，会出现一个很大的系统误差。用米量级的空间误差来除以大气层中微波的速度，会使两地有一个几十纳秒量级的误差。这两个地方用GPS系统校准会严重影响他们测量结果的准确度，用GPS是他们的一个失误。当然目前也没有更好两地时间校正方法，也许远距离光纤时频传输更靠谱。
http://image.sciencenet.cn/album/201109/24/134400eso5xffe2ugfo2au.jpg
用一个比喻总结一下。我用一个很古董的手动秒表分别来测刘翔和博尔特的速度，结果意外地发现了刘翔跑得快。结果显然不太可信，因为错在我用动掐表，误差太大。更好的做法是，让他们同场竞技，看看谁快。可惜CERN到LNGS的这个中微子通道无法满足伽马光子从一段到另一端传播的要求。
最后扯一下中微子真的能超光速的可能性。有的人说这些中微子可能是virtual particle。这个解释不太靠谱，因为传播距离很长，而且中微子只参与耦合常数非常小的弱相互作用。还有一个解释是有可能在中微子振荡中存在tachyon phase，这个解释听起来不错，鉴于人类对中微子振荡的原因还了解甚少，拭目以待吧。
图片来自文章 arxiv：1109.4897
来源：科学网博客
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=417127&do=blog&id=489924&cid=1221318
光速的意义还是在的 相对论基于的是光速不变原理 近代物理学也参照这一点作为依据 仅仅因为在这里超过光速度的物质即使存在也无意义 光速v=无限就是一个理想模型 尽管一直被确认为事实 中微子可能“绕道”超过了光速 具体的还解释不清的说 哦原来如此 清楚了 本帖最后由 EMPTYMALEI 于 2011-9-24 23:53 编辑
呃，其实他们用光纤矫正过了……我刚刚还在豆瓣说这个博主的……
anyway，定位可能有问题，但是我想应该不是博主说的这样的……
另外，提到了tachyon，这个倒是蛮有可能呢~
所谓超光速，这最多是一个可以研究的课题而已，距离结论还早得很 宇文蓝枫 发表于 2011-9-24 23:52 static/image/common/back.gif
另外假如这个不是实验误差，那么这个超光速能不能传递信息，相对论并不排斥超光速粒子的存在。
严格意义上 ...
有道理！超光速的课题可以研究，但结论为时尚早 刚才，发现科学网又有一篇博文：撼动现代物理学的根基：超光速的中微子。因为尚未得到作者同意，先不转。感兴趣的可以移驾科学网阅读。
现在用的那些gps之类的都是基于相对论的 if光速的地位的影响会改变物理学 那么人们使用这些即相信前者又支持后者当然这句话不恰当用可用的知识去证明是对的不过在得出结论的时候谁能给个解释 其实至少中微子超过光速并不会改变物理学 因为他从一开始就存在了我们依靠光速作为依据和假设很多年并取得了成就甚至发现了中微子都是靠着理想模型 或者也就说光速只是一个楔子 意义在于他存在的本身 个人的理解 现在这种帖子很多 先不要急着转哈哈 本帖最后由 EMPTYMALEI 于 2011-9-25 00:19 编辑
宇文蓝枫 发表于 2011-9-25 00:03 static/image/common/back.gif
有个小问题一直想问:对于光子自己本身来说按照相对论的几个基本公式，不管穿越了在人看来的多少距离，光子 ...That's the point.
在相对论中，我们说光子是类光粒子。类光粒子的ds^2=0. 这是很有意思的事情，如果线元平方为零，你就意味着光子的proper time为0！（固有时的计算方法是\delta \tau=\int_{\tau_1}^{\tau_2}\sqrt{-\mathrm ds^2}，如果这里面ds^2为零，就意味着\delta \tau为零。换言之，proper time始终为零。）
但是没什么问题。这正是我们想要的结果啊，这也是为什么在相对论里面光速是速度的一个不光滑点啊。从这里也可以看到，类光粒子只能走测地线嘛，因为这里ds^2=0所对应的方程就是测地线……
中微子能否携带信息是关键。否则就算证实超光速也不能推倒相对论。顶多是补充。如果量子论倒下，我觉得弦论还真他N的靠谱。 其实说得再多也没有用，人们需要的是实验的复现。 本人依然坚信：信息的传递速度以光速为极限。 本帖最后由 positron 于 2011-9-25 08:18 编辑
EMPTYMALEI 发表于 2011-9-24 23:50 static/image/common/back.gif
呃，其实他们用光纤矫正过了……我刚刚还在豆瓣说这个博主的……
anyway，定位可能有问题，但是我想应该不 ...
不管是怎样，总之，这个实验结果离确认还差很远，现在放出这个结果，有点哗众取宠之嫌。而媒体，又一次充当了无知跟风的角色，包括央视新闻联播，传的跟真的似的，殊不知科学界对此可没那么乐观或悲观：对结果真是又有大量活可干的乐观；对相对论基础可能错了的悲观。
PS：一直很想做中微子的，可惜已经成为遥远的梦了。
我不相信，你们信不信，反正我信了 positron 发表于 2011-9-25 08:18 static/image/common/back.gif
不管是怎样，总之，这个实验结果离确认还差很远，现在放出这个结果，有点哗众取宠之嫌。而媒体，又一次充 ...
也许是缺钱了吧~哈哈~
嗯嗯，不过他们做了三年的实验呢~
EMPTYMALEI 发表于 2011-9-25 09:13 static/image/common/back.gif
也许是缺钱了吧~哈哈~
嗯嗯，不过他们做了三年的实验呢~
呵呵，老外干活花钱得纳税人同意，他们喜欢弄一些唬人的东西很正常，或者把不怎么唬人的东西弄的很唬人，呵呵。
他要设计一个更完美的试验才行 就好像扭秤一样