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发现超光速现象？未必！【转帖】

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positron 发表于 2011-9-24 23:45 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国–浙江–杭州 电信

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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。

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购买望远镜就在牧夫天文商城
 楼主| positron 发表于 2011-9-24 23:46 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 电信

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。



                               
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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
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guwenjie 发表于 2011-9-24 23:48 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
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
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guwenjie 发表于 2011-9-24 23:49 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
中微子可能“绕道”超过了光速   具体的还解释不清的说

点评

天道无极
你所谓的“绕道”也许就是一些人所说的这些微中子都跑到更高的空间维度去了！所以结果就是我们所看到超光速运动。  发表于 2011-9-25 17:35
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放星 发表于 2011-9-24 23:49 | 显示全部楼层 来自： 中国–福建–莆田 电信
哦  原来如此   清楚了
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EMPTYMALEI 发表于 2011-9-24 23:50 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 联通/复旦大学(杭州联通出口)
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~

点评

positron
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  详情 回复 发表于 2011-9-25 08:18
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人与自然 发表于 2011-9-24 23:54 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–中山 电信
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
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人与自然 发表于 2011-9-24 23:56 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–中山 电信
宇文蓝枫 发表于 2011-9-24 23:52

                               
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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
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 楼主| positron 发表于 2011-9-24 23:58 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 电信
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。
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guwenjie 发表于 2011-9-25 00:02 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
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
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guwenjie 发表于 2011-9-25 00:05 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 电信
现在这种帖子很多    先不要急着转  哈哈
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EMPTYMALEI 发表于 2011-9-25 00:18 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 联通
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

                               
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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……
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gy007 发表于 2011-9-25 00:26 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东 电信
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。
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wlbx 发表于 2011-9-25 01:00 | 显示全部楼层 来自： 中国–广西–柳州 电信
其实说得再多也没有用，人们需要的是实验的复现。
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东写西涂 发表于 2011-9-25 07:30 | 显示全部楼层 来自： 中国–广西–桂林 电信
本人依然坚信：信息的传递速度以光速为极限。
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 楼主| positron 发表于 2011-9-25 08:18 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 电信
本帖最后由 positron 于 2011-9-25 08:18 编辑
EMPTYMALEI 发表于 2011-9-24 23:50

                               
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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。

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guwenjie
如果他只是"绕道”过了光速 那就没有传递信息的可能 并且也不是真的超过了光速啊 。。。。。什么叫一直很想做中微子啊  发表于 2011-9-25 09:27
EMPTYMALEI
也许是缺钱了吧~哈哈~ 嗯嗯，不过他们做了三年的实验呢~  详情 回复 发表于 2011-9-25 09:13
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aegxp 发表于 2011-9-25 08:38 | 显示全部楼层 来自： 中国–广东–东莞 电信
我不相信，你们信不信，反正我信了
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EMPTYMALEI 发表于 2011-9-25 09:13 | 显示全部楼层 来自： 中国–上海–上海 联通/复旦大学(杭州联通出口)
positron 发表于 2011-9-25 08:18

                               
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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~

点评

positron
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。  详情 回复 发表于 2011-9-25 09:57
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 楼主| positron 发表于 2011-9-25 09:57 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–杭州 电信
EMPTYMALEI 发表于 2011-9-25 09:13

                               
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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。
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poweru235 发表于 2011-9-25 10:03 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 联通
他要设计一个更完美的试验才行 就好像扭秤一样
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