光速不可超越是现代物理大厦的基石之一。自奠基之日起百年来,欲撬之而后快的少数科学家,一代接一代从未停止过。盖因料想大厦倾覆的震撼效果,能引起科学界强烈的中枢神经兴奋,以及个人成就感。
然而,近代科学史上多次近乎“成功”的尝试,最后都偃旗息鼓。多年前的中微子超光速乌龙如此,最近的张超教授的交流电超光速也必如此。
光子本是电子或原子核内扔出来的极微“排泄物”—正负微电荷对,就象齿轮系统啮齿蹦断后飞出来的断齿。
学术界至今尚未弄明白光子的物理本质,盖因忽视了光子发生的本源目的:平衡角动量!
别再自作多情地以为它是上帝关爱人类故意带来的光明。人类只不过因物质微观世界角动量平衡的物理本性,而意外沾光。
每次光子事件,可以平衡掉多少角动量呢?这得看这光子姓啥。
源自电子的光子则为ℏ,而原子核内抛出的光子大多可补偿2ℏ,也有ℏ,甚至更高的3ℏ至8ℏ的“稀有光子”。如钽核同位素Ta-180的激发态,要卯足上亿年的“德行”,才可以迸发出8ℏ的光子!ℏ为量子领域的約化Plank常量。
由于光子抛出时用力过猛,可怜的微薄质量100%化为飞行的动能,使得宇宙间再无任何物质能被加速到光速那样大!
所以,省省劲,也省省心吧,光速就是速度的极限了!
再快的话,就连时空参考系都要自发献身调整,以尺缩锺慢的对冲方式,站出来维护光速的至尊地位。有人建议酷信超光速的张老师骑自行车开手电筒,你以为这样就可以超光速?图样图森破,呵呵。
还有人说:用一根要多长有多长的棍子,使劲转呗,端点线速度 = 棍长*角速度。只要棍子足够长,就可以超光速了吧?
天真哟,一旦端点的线速度达到光速,别忘了:端点处的质量也呈指数成长,直至无穷大!这世界上还有哪个大力士能转得动这样的棍子?齐天大圣孙悟空也没辙。
你要真心想学超光速,我倒是可以教你一个绝招,保证物理上合情合理。也是用一根棍子,但不用它划圈,仅可往复直线运动。
请看下图:
站在A处的甲某人,想给站在X米距离开外的B处的乙某人挠痒,就找了一根略短于X的长度为Y的棍子,使得X-Y的值大约在甲某手臂可摆动的范围。棍子端点C碰到乙某人的腋窝,则表明挠痒或胳肢信号与效果达到。
假定棍端C运动到B某人的痒点的时间为T,则可计算出棍子运动速度V1 = (X-Y)/T,也就是甲某人甩膀子的速度。
还有一种速度,称视在信息或能量传播速度V2。毕竟物理距离X实打实摆在那里,那就把它直接算进来。显然,V2 = X/T。
换算之后,得出V2与V1的关系为V2 = X*V1/(X-Y) = [X/(X-Y)]*V1。
甲乙两人的距离X可以任意大小,甲发给乙的挠痒信息,由于占了长棍子的便宜,只需很短时间T即可。棍子长度Y更是随心所欲。
显然,不怕人类甩膀子的速度V1不够大,哪怕慢悠悠地晃也无所谓,数学上只要分母X-Y足够小,例如1个纳米或更小,算出来的V2总是可以大于光速的。
反正物理定律管不了数学,算出来大于光速,也不会引起棍子质量无穷大,以及尺缩锺慢。毕竟是刚体嘛,作用力穿越棍长Y从一端传导至另一端不费时间。
大家看出来没有?V1是人类的物理实力打拼出来的,有自知之明的人都知道V1大不到哪去。然而V2纯粹是数学演算结果,它才不管什么实力不实力,数学结果大于光速一点也不奇怪。
特例:当X-Y = 0, 即X = Y时,就称甲乙两个家伙完全纠缠。甲哥们只要身体晃一下,由于棍子“焊”在他们之间,乙哥们瞬间就联动感知了。即便这两家伙一个在地球一个远在月亮,挠痒信息传递仍可超光速无限大!其实量子纠缠说穿了就这么回事。愿意折腾的话,X < Y时的情形,可以称为部分纠缠。
另一个特例:Y = 0,此时棍子不存在,甲乙无任何纠缠,放大系数X/(X-Y) = 1,啥便宜也占不上,再梦想光速,就得将自己的质量化作能量,象光一样飞过去给人家挠痒。象不象50年磨一剑,由于用力过猛,不小心把柄长度Y也磨成零了呢?
理想情况下,假定棍子完全是刚性的,如此可将棍子一端的力无衰减传递到另一端。实际上任何型材构件都或多或少具有弹性,相当于棍子长度Y缩小到μY,0<μ<1,这会使得速度放大系数,或称纠缠度X/(X-μY)打点折扣。海绵的弹性大,打折自然多,即便如此,将V1放大到大于光速V2也并非不可能。
数学上只需:[X/(X-μY)]*V1 > c,式中小写c代表光速。
解上述不等式,得到μ要满足的极小值条件:μ> (X/Y)*[(c-V1)/c]。
这个极值条件工程材料很容易满足。可见并非只有用理想刚体棍子才行,现实很骨感的棍子也可!
如果真空以太当作虚拟棍子的话,显然其刚度为0,若是空气则刚度也小的可怜,不满足μ极值条件,因而万有引力传播是不可超光速的!
广义抽象地看,棍子上携带的既是信息也是能量,它的确能带来面子上的超光速奇迹,而又不招致时空扭曲,因而实际应用应该能找到一席之地。主流科学界坚定断言:信息或能量不可超光速传输,我认为应加上限定语--同时招致时空扭曲。
这种虚拟棍子技术现实中已能见踪影,虽说不是超光速,仅达到速度有限放大。例如:网页浏览的cookie和pre-fetch功能,就相当于把信息预先从棍子上一端转移到另一端,从而加快存取速度。
这个例子恐怕连从来没有学过物理的编辑美眉也能看得懂!
张操教授的所谓20倍超光速,实质上就是这里的V2 = X/T,而不是V1 = (X-Y)/T。他如果不用导线的实际长度,而是低调地取其20分之一,不就是低于光速的物理速度吗?
处于电路之中的导线,电子的运动速度,类似这里的V1,行内人士都知道,那是低得一塌糊涂的。
在张老师的实验中,算出耀眼的超光速V2,个中原由分析如下:
1、金属导体中的自由电子大家庭,实际上是以plasmon的轻子(lepton)形式存在;
2、所谓的自由电子也不是享有绝对的自由,多少与难以动弹的重子即原子核,存在若即若离的牵绊。因而金属内的自由电子显得比真空中的同伙要重得多。此乃业已证实的“重电子”之说。重1000倍也不奇怪;
3、在一定程度上,重电子构成的plasmon构成了类似前面提到的虚拟棍子,即整体具有一定的刚性。就算电子“导带云”不完全刚性,具备“电子气”可压缩性,也不过滋生疏密波而已,相当于削略棍子有效长度Y;
4、正是plasmon重电子“海洋”的震荡惯性储能作用,形成了微观下的轻子疏密波,也赋予了抽象意义上的,或称电工学意义上的导体分布电感L和电容C。经典的LC相移就这样自然产生了;
5、每种导体材料内电子重度有异,相当于前述等效棍长Y值不一致。按此理论,想象的速度放大倍数X/(X-Y)应有差别。张老师只用了常规铜线做实验,建议使用镍线和银线试一试;
6、高层级的电学定理,传输线原理,或者高频电路理论等,皆构筑于电子层级的集体运动统计学的高级抽象之上,就像网络通信接口也是多级衔接的(7层协议),或类似于高级编程语言建立于低层的汇编语言。最低层能够解释的现象,必然在高层级也能讲得通。部分专家前不久纷纷从高层级理论,进行了与我本次结论类似的解释。
小结:并不是观测到任何一种超光速都是值得兴奋的。在没必要兴奋的时候偏偏兴奋了,就是价值取向出了问题,而不是被测得的现象出了问题。反之,当该兴奋时你还冷淡,同样价值导向有可能出了偏差,愧对观测到的惊人现象以及背后潜在的理论突破。
就像同是看到10万元大钞叠起的厚厚一沓钱,不同人看后表情不同。有的人会兴奋3天不睡觉,而大款爷眼也不眨。看了我这个分析,还在嚷嚷超光速的朋友们,多少人觉得该洗洗睡呢?
光速是与电磁作用联系在一起的。在非电磁作用域,超光速或许可以存在。例如,核反应霎那,在强核力作用区,速度超光速是有可能的,遗憾的是强核力作用区仅仅数飞米而已,速度快过光速没啥意义。一旦进入长程电磁力作用区,就再别指望超光速了。
无论如何,张超教授咬定青山不放松的科学探究精神、徐晓老师的实干精神、高山老师维护科研人员要求行业求证的权利,以及跳出中世纪思维的呼吁、科学网对科学红线触碰容忍的精神等等,都是值得颂扬的!
习题:
两人分别站在地球和太阳表面,已知太阳光射到地球要走8分钟的路,设计一根刚体棍子,用于连接那两个人,且当一人动弹一下,另外一个人在比光速快的时间内感知对方在挪动。
刚体是个理想的概念,任何型材都不能达到绝对的“刚直不阿”。本题让你考虑实际选材,自行决定最优材料、截面积和尺寸,例如:空心圆、实心圆、方形等都可以,也不求超光速过猛,只要稍超即可。
本题献给对超光速有兴趣,且懂工程材料力学的朋友,不设标准答案,管用即可。
前面那个棍子太长了,理论上地面几米左右长的棍子即可超光速,工程材料现实化应该没问题。只是因这么短的棍子,滞后时间小得测量起来极其困难,远不像日地距离8分多钟光程好测。
关于重电子介绍的参考文献:
https://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_fermion
http://baike.baidu.com/view/11775280.htm
http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201262910182422925058.shtm
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自魏焱明科学网博客。
链接地址:https://wap.sciencenet.cn/blog-2339914-975497.html?mobile=1
收藏