中微子真的能超越光速吗?为什么?

2011,CERN的OPERA实验公布了一个震惊科学界甚至全民吃瓜的消息。他们观测到中微子运动速度超过光速!消息一出,舆论一片哗然,简直是科学领域的重磅炸弹!最后证明是乌龙实验,相对论大厦的根基还是很牢固的!

那么OPERA实验是如何得出超光速的结论的呢?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与其他粒子碰撞(因为爱因斯坦的相对论达不到光速)。高能碰撞会压碎粒子,产生一系列“碎片”。其中一些“碎片”由中微子和不稳定粒子组成,这些不稳定粒子将衰变为中微子。中微子很轻,比单个电子轻几百万倍,但仍然有质量。

因为中微子几乎不与其他物质相互作用,我们发射一个中微子,它可以随意穿透地球。当其他所有粒子都被地面上的粒子阻挡时,中微子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探测到了大约16000个这样的中微子,并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及其传播距离,科学家可以精确计算出这些中微子从CERN产生的地方到达OPERA探测器所需的时间。结果应该和真空中光速基本一致!也就是说理论上中微子的速度和光速很接近,所以没有区别!

但科学家发现,中微子比光速早到达约60纳秒,也就是快了60纳秒。这个实验结果无论是高能中微子还是低能中微子,理论上都不可能出现!当时很多人坐不住了,出来反驳!

但是实验者声称他们的实验非常好,一点问题都没有!这一革命性实验的结果必须经过科学界的严格审查和调查。主要考虑实验者是否在利用错误的结果进行科学造假,这在历史上也有发生;实验是否存在未知误差!还是这真的预示着一场潜在的物理学革命即将到来?于是其他地方的科学家开始准备实验。

费米实验室和日本Kamoka准备进行独立实验。

日本的计划是,科学家制造类似OPERA实验的高能中微子,从东海送到龟冈,距离295公里,称为T2K中微子实验。

同样,美国的计划是从费米实验室向明尼苏达州的苏丹矿发射一束中微子。费米实验室到苏丹矿有多远?难以置信的距离:732公里。和OPERA的实验距离一模一样!叫做迈诺斯中微子实验。

大逆转

这两个结果可能是最无聊的结果,但也是最值得期待的选择。中微子的运动速度并不比光速快,OPERA实验之所以能达到超光速,是因为他们在实验中独特的失误。(最后证明是线路故障)

OPERA实验会面临同行的嘲讽。项目负责人塞尔吉奥·贝尔托卢奇非常尴尬。引起这么大的轰动是乌龙球!

就在费米实验室和日本的卡莫卡还没来得及完成实验的时候,2012年3月,OPERA团队在自查之后宣布实验中中微子的速度超过了光速,这是由两个系统错误造成的:

这就是中微子超光速的始末!那么中微子能超过光速吗?

在相对论中,有质量的粒子在真空中只能无限接近光速,中微子的速度与光速无法区分。这里说的都是真空的。

如果很多现象在介质中可以超光速,比如电子在水中可以加速到超光速,发出切伦科夫辐射的蓝光!

此外,中微子在恒星或超新星爆发中也能超过光速,因为光是在恒星核心产生的,其他带电粒子向外传播时会相互作用,运动极其缓慢。一个典型的光子从恒星核心到达表面需要数万年。而且中微子可以轻易穿过任何致密物质!

所以要正确理解超光速现象。目前我们所知道的超光速是作弊!

有一种观点认为光的时间归零。根据这种观点,光相对于整个宇宙应该是相对静止的。光,很普通,在宇宙中无处不在,但它的本质是深邃的。它将整个宇宙连接在一起。对于光子,时间为零。它有空间的概念吗?不知道不仅如此,光的很多未知都需要人类去研究和探索。光可能是人类了解宇宙本质的一把钥匙。

中微子,人类所知道的是它的超强穿透性,这种物质包含在它的名字里:(1),“中性”,即中性,不受电磁力影响,运动无阻;(2)、“微”,即小,也许现在没有比它更小的粒子了。我们知道,一个原子中99个点以上都是空间,但是看原子核层面,看隔离区层面,看人类认知的更深层次,它的密度是逐渐增加的,它的内部空间可能更小,但也比那里更小。也就是说,大部分物质路径都是空间。这是中微子穿透力强的另一个原因。比如中微子穿过原子时,大部分是空间,遇到电子和原子核的概率已经很低了。但是电子和原子核内部的空间占绝大多数,遇到比它小的粒子(我觉得是存在的)或者比它硬的实体的可能性太小了。再者,因为它很小,质量也很小,与其他物体的相互作用必然很小,这也是它穿透力强的一个原因。

中微子比光子慢。为什么变小了?我不知道。可能是物体发出光子的机制与中微子不同。题目的问题是速度的问题,但我了解的不多,只能说一些我知道的。

在我们的宇宙中,没有任何具有静态质量的物体能够达到光速或超光速。只有静态质量为0的光才能以光速飞行。宇宙膨胀速度之所以比光速快,是因为空间本身的运动不受相对论的限制,宇宙膨胀本身并不传递信息。虽然量子纠缠的速度超过光速几个数量级,但量子纠缠目前只能用来加密信息,不能传输信息。

可以说,自从科学家证明光速不可超越,光速不变之后,人们就一直在寻找宇宙中的超光速现象,而中微子是一种质量极小的粒子,本身可以接近光速运动,但不能超过光速。

2011年,科学家在Opera实验中发现中微子的速度超过了光速。这个消息直接引起了物理学的大地震。很多物理学家主张重复Opera实验,但是重复之后发现中微子还是比光快。直到2012才发现所谓的中微子比光还快,就是因为光纤连接器松了。所以中微子超光速其实是个大乌龙。领导中微子超光速实验的主任也辞职了。后来他的继任者重新测量了中微子的速度,证明了中微子没有超过光速。

如今科学界已经不再相信任何粒子可以超光速运动。光速似乎是我们宇宙的基本框架之一。光速可以被超越,意味着人类所有科学理论的崩塌,意味着人类几百年的所有科学都是错误的。

如果光速可以被超越,那就说明我们现在所有的理论都是错的,但是我们现在的科技水平完全是靠以前的科学理论发展起来的。