[转帖]科学家撤销中微子超光速实验结果

愚石

给相对论做出新的解释，也就是给出更深层次的解释，很可能出现在不远的将来。这是我的直观估计，没有任何证据。

gohomeman1

neokoji 发表于 2012-6-9 22:17

                               
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100多年前所有的物理学家都相信牛顿的理论是对的，更早100年所有物理学家都相信有以太这种东西
...

这是不可比的。
爱因斯坦并没有否定牛顿的理论。但是现在要挑战狭义相对论，难度可不是一般的大。因为我们现在实验本身的精度已经非常高，更何况相对论本身的基石就是极为稳定的。

从理性角度看，对于那个实验，应该首先想到的是有误差未被发现。那个团队一开始公布的内容，也是请大家寻找可能的错误，当然他们也曾自信地表示：已经排除了所有的故障可能性。

他们之所以要公布，一是功利目的，二是中微子超光速，理论上还存在某种可能性，因为我们对它确实了解得不够透切。如果测定的是电子什么的超光速，怎么也不会公布的。

索理客

gohomeman1 发表于 2012-6-9 22:48

                               
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这是不可比的。
爱因斯坦并没有否定牛顿的理论。但是现在要挑战狭义相对论，难度可不是一般的大。因为我 ...

爱因斯坦应该说修正了牛顿理论脱离经典物理环境的不精确性
牛顿理论在力的构成因素方面没有任何错误，直到现在也没人否定。

gliese581

neokoji 发表于 2012-6-9 22:17

                               
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100多年前所有的物理学家都相信牛顿的理论是对的，更早100年所有物理学家都相信有以太这种东西
...

爱因斯坦没有推翻牛顿的理论,只是修正而已,牛顿理论依然是今天力学的基础

小熊座α星

中微子不会超光速的~放心吧

地月王道

“不可超越”的东西总是能引起人们的挑战欲吧…比如光速，绝对零度，宇宙边界神马的。毕竟局限总是会令人不爽，所以当听到绝无可能超越的光速会被打败时，被兴奋冲昏头脑也是正常哈~可惜中微子还是输了- -（中微子躺枪…

neokoji

gohomeman1 发表于 2012-6-9 22:48

                               
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这是不可比的。
爱因斯坦并没有否定牛顿的理论。但是现在要挑战狭义相对论，难度可不是一般的大。因为我 ...

可能是我没有表达清楚，我的意思并不是说牛顿力学或者相对论会被否定，而是可能被某种更完善的理论扩展或替代，而这种理论(theory of everything?)可以解释目前许多我们目前尚未能够解释的物理现象（to fit the observation）或者验证某种尚未确定的预测。如下图，相对论和量子力学各自从不同方面拓展了牛顿的理论，然后面对目前许多尚不能厘清的现象或者概念（奇点，暗能量，etc），是否将来也能发展处一种TOE，不仅包含，而且修正了目前的理论？

人与自然

传说中对伪科学？伪结论？太不严谨了

空中小屋

neokoji 发表于 2012-6-10 23:42

                               
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可能是我没有表达清楚，我的意思并不是说牛顿力学或者相对论会被否定，而是可能被某种更完善的理论扩展或 ...

能把这两者统一的话那么最起码是仅次于爱因斯坦和牛顿的人
麦克斯维尔当时也只是把电磁等统一起来

gohomeman1

neokoji 发表于 2012-6-10 23:42

                               
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可能是我没有表达清楚，我的意思并不是说牛顿力学或者相对论会被否定，而是可能被某种更完善的理论扩展或 ...

嗯，有可能。

不过也有可能，各有各的理论吧。理论物理学家当然希望有一个能解释一切的终极理论啦。但是，这不是意味着发展的尽头吗？

空中小屋

gohomeman1 发表于 2012-6-12 21:46

                               
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嗯，有可能。

不过也有可能，各有各的理论吧。理论物理学家当然希望有一个能解释一切的终极理论啦。但是 ...

应该能有理论把二者统一起来，不过统一后说不定新的问题又产生了。

gohomeman1

转两段去年的发言，看看我国学者当时对此现象是何态度：

何红建， 清华大学高能物理研究中心和工程物理系教授，“中国青年科技奖”和“国家杰出青年科学基金”获得者，博士生导师。

“中微子超光速”在实质上可以被认为是破坏了时空对称性（洛伦兹对称性），从而违背狭义相对论。狭义相对论有两个基础：一个是相对性原理，一个是光速不变原理。这两个基础不是物理学家凭空想象出来的，而是已经隐含在描述电磁相互作用力的麦克斯韦方程之中，爱因斯坦的伟大贡献在于从中首次揭示了这两个原理，并由此建立了对电磁学与力学的统一描述——狭义相对论，其中麦克斯韦方程被完整保持，但牛顿力学却作为相对论的宏观低速近似而被修改。这个理论成功地经受了一百多年来所有实验的考验。

狭义相对论从本质上说是一种关于自然界时空对称性的理论。自然界除引力以外的三种基本相互作用力——电磁力、弱力和强力(核力)均遵从狭义相对论。它揭示了基本的时空对称性，称之为洛伦兹对称性。相对性原理的实质就是洛伦兹对称性的不变性，光速不变的实质就是光速成为洛伦兹对称性的最基本的不变量。描述自然界电、弱、强这三种基本力的理论被称为基本粒子物理学的“标准模型”，它非常成功，自上世纪50年代以来为奠定标准模型所颁发的诺贝尔物理奖已达17次。这个理论包含两大基本对称性：时空对称性（即洛伦兹对称性）和内部对称性（即规范对称性）。但是规范对称性在弱力中必须被破坏，而且必须被自发破缺(1999年和2008年诺贝尔物理奖)，弱规范对称性自发破缺的尺度由著名的费米常数GF决定，它带有质量量纲为-2，从其实验测定值就可直接推断出相应的能量尺度为100GeV—1000GeV范围(1GeV等于1千兆电子伏特)，因此导致弱规范对称性自发破缺的新粒子——希格斯粒子（或称“上帝粒子”）的质量必须位于此范围。目前正在欧洲核子中心运行的大型强子对撞机（LHC）的能量尺度完全覆盖100GeV—1000GeV范围，它预期将发现或排除这个“上帝粒子”。若此粒子被排除，标准模型将被一个新的革命性理论所修改。

如果超光速是真的，标准模型的另一个基本对称性——时空对称性（洛伦兹对称性）就会被破坏。那么，人们要问：洛伦兹对称性破坏预期的能量尺度究竟在哪里？标准模型自身无法提供这样一个尺度。但我们知道在牛顿万有引力定律中恰好有一个基本引力常数G[sub]N[/sub]，其质量量纲也为-2，与费米常数G[sub]F[/sub]类似，它提供了整个物理学的另一个基本能量尺度——普朗克尺度MP=10^19GeV，在那里量子引力效应变得非常重要；不仅狭义相对论无法描述引力，而且爱因斯坦的广义相对论也无法完满描述量子引力，所以这是物理学家们预期产生洛伦兹破坏最自然的能量标度。由于标准模型本身的对称结构不包含这样一个尺度，洛伦兹破坏效应就只能作为“高阶效应”出现，受到普朗克尺度倒数的压低，具体讲，就是E/MP压低，这里E是相关过程的能量。对于OPERA实验来说，E=17GeV，因此这个压低因子E/MP就小到10^－18量级，远远小于OPERA实验声称的10^－5量级的超光速效应。虽然我们不敢说10^－5量级的洛伦兹破坏效应绝对不会发生，但可以肯定，其发生的可能性非常小。因此，如果OPERA结果没有得到其他实验的独立验证，理论家们绝对不会感到任何意外。

我想强调的是，半个多世纪以来，对于标准模型中狭义相对论的洛伦兹时空对称性的检验已经非常广泛而精确了，无数实验基于相对论框架做了大量测量，能量上从兆电子伏特(MeV)、到千亿电子伏特(100GeV)乃至目前的万亿电子伏特（1000GeV）尺度，结果仍然与狭义相对论完全符合。OPERA实验却声称在17GeV能量发现中微子超光速，而中微子不带电，只有弱作用，恰好是包括电子在内的所有高速运动的基本粒子中在实验上最难控制和测量的，因而也最易出错！为什么超光速只发生在中微子？也许中微子本身有神秘特性？其实中微子在相对论框架中可以被完满描述，并不神秘。目前我国大亚湾中微子实验正在进行测定其关键混合角θ[sub]13[/sub]的重大研究。

从理论上讲，如果超光速是真的，不光狭义相对论，就连广义相对论也将面临相应的修改。要对整个现代理论物理体系进行如此庞大的修正而又要让这些更改符合之前所有支持相对论的无数实验证据是非常困难的。此外，已有理论计算表明：由显示洛伦兹破坏引起的超光速中微子在传播过程中将会发生衰变，这意味着它们到达探测器的能量和角度分布以及时间结构都会发生改变，远不像OPERA测量声称的那样简单。

我们理论家大多对此实验持严重怀疑，因为如我上面所述，没有任何理论上的可靠证据或者迹象表明在17GeV能量尺度洛伦兹对称性会遭到破坏，倒是恰恰相反，有很好的理由预期洛伦兹破坏应该发生在普朗克能标1019GeV区域。

历史经验表明，一般在理论上完全没有把握的时候，物理学家只能主要依靠实验；但在实验很容易出错而理论又是如此严密可信的地方，应该正是值得实验家们慎思和反省的时候。

很显然，现在来谈意大利这个实验对爱因斯坦理论的冲击还为时过早。这也正是OPERA实验组自己的态度，他们把文章预印本放到网上而没有正式投稿的一个主要目的，就是希望国际同行们能够帮助他们找错，并促进其他实验组进行独立检验。


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张新民 中科院高能物理研究所研究员，“百人计划”教授，博士生导师。   

对“中微子超光速”的实验结果，我谈两点。首先，这个结果出来之后，物理学界很多人都持质疑的态度。另外需要注意，OPERA实验组的科研人员也是非常优秀的中微子专家，对于目前的各种质疑，包括提出的可能出现的漏洞、产生误差的地方，也许他们在研究中已经考虑到了。换句话说，如果其他组来做这一实验，可能也会用基本相同的方法，而得出同样的结果。这表明可能存在着一些目前还不知道的系统误差。一个值得考虑的办法是邀请OPERA合作组外的中微子专家，一起研究，核实结果。

对于OPERA结果，现在看来，实验上大家质疑很多，而理论上却在积极地探索。我的观点是，到目前为止还只能说这一结果受到了质疑，不能定论说完全错了，这需要进一步的实验来验证。当然，如果这一结果的的确确被其他实验证实的话，它的意义和影响将是革命性的。

媒体也对“中微子超光速”非常关心，比如前段时间我的研究组接受了美国《发现》杂志的采访。近期，我刚参加了在欧洲核子研究中心举办的一个会议，这个会议的主题是国际高能物理的发展战略，规格很高。会上针对OPERA结果的讨论很少，我记得整个会上只有5个报告提到了这件事情，其中谈得比较多的一个报告是关于高能物理、粒子物理研究的对外宣传。OPERA的事情出来以后，的确影响很大，包括正面的和负面的观点，很多媒体都报道了。

在物理学研究中，围绕着中微子的故事的确很多，而且又很奇妙，这一点以前大家可能不太注意，觉得中微子研究就是测量几个参数。OPERA的发现公布以后，科学界、媒体和社会都感到非常新奇，特别是激发了年轻人对物理学的更多关注。这里我补充一点，1998年世界科学界有两件大事，一个是超新星观测发现亮度比预期的要暗，揭示宇宙在加速膨胀，这个发现今年获得了诺贝尔物理学奖；另外一件大事就是日本超级神冈试验发现了中微子的振荡现象，当时引起了很大轰动，之后提出了各种中微子实验，OPERA就是其中的一个。

OPERA现象值得我们深思的是，一些新的发现不是事先规划出来的，这一点对于科研管理工作来说非常重要。另外，希望我们国家在制定科学规划的时候，应该鼓励一些看起来比较“冒失”“冒险”的项目，在科学前沿探索领域应不怕失败，应鼓励做一些大的事情。我国目前也在进行着中微子的实验研究，希望国家能够对理论和实验研究两个方面都有更大的支持，期待我国科学家有更多创新性的发现。

gliese581

gohomeman1 发表于 2012-6-15 23:15

                               
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转两段去年的发言，看看我国学者当时对此现象是何态度：

其实SN1987A已经很说明问题了

愚石

gohomeman1 发表于 2012-6-15 23:15

                               
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转两段去年的发言，看看我国学者当时对此现象是何态度：

清华大学高能物理研究中心和工程物理系何红建教授:"一个是相对性原理，一个是光速不变原理。这两个基础不是物理学家凭空想象出来的，而是已经隐含在描述电磁相互作用力的麦克斯韦方程之中，爱因斯坦的伟大贡献在于从中首次揭示了这两个原理，并由此建立了对电磁学与力学的统一描述——狭义相对论，"
看来在这一点上他跟我的想法相同。但是前边有 @positron 版主 曾经反对这个观点。这需要再考虑。

愚石

第一位教授的看法比较怀疑超光速。第二位明显倾向于相信超光速。

liverpool

愚石 发表于 2012-6-16 12:07

                               
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第一位教授的看法比较怀疑超光速。第二位明显倾向于相信超光速。

某种程度上应该说是相信新物理的存在，这是很多研究物理的人的信念。