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中微子战争与额外维拨乱反正

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中微子战争与额外维拨乱反正
相对论中的超光速是一个世纪之谜。但人类自此产生的光速和超光速阵见的分裂,不是爱因斯坦相对论惹的祸,而是基于20世纪前经典自然科学的物质定义惹的祸。因为19世纪末20世纪初开始的**浪潮,把唯物主义和唯心主义的争论深深打进了基础科学研究。超光速作为一种"额外维",被爱因斯坦当作唯心主义的东西舍掉。但自称是坚持唯物主义的人则认为,超光速不是唯心主义的东西,而是可见的世界中真实的物质速度的客观存在。
2011年9月,以意大利格兰萨索国家实验室下属的"奥佩拉"的实验装置,接收到来自欧洲核子研究中心(CERN)的中微子,两地相距730公里,中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒的报道,新一轮的实数与虚数超光速之战又打响起来。
因为超光速的中微子的发现,被一部分人认为,将颠覆爱因斯坦的相对论,科学会发生翻天覆地变化。但不同意的人,却怀疑奥佩拉实验有错。所以超光速之谜或超光速之争,实质不在于超光速存不存在,而在于说清楚拨乱反正。
"维数"表示空间广延性而使用的一个概念,经典物理学中提出,宇宙是由空间的三维和时间的一维,合起来组成的四维时空。想到"额外维",已被称为"卡鲁扎-克莱因奇迹"。
因为第一个想到"额外维"的人,虽然是芬兰物理学家诺德斯特朗,在1914年,出现在他的有瑕疵的引力理论文章中,但真正有影响并被爱因斯坦看重的,是德国哥尼斯堡大学的无薪数学教师卡鲁扎1919年写的论文,和1924年瑞典物理学家克莱因完成的论文。卡鲁扎发现加入一个额外维度后,重新构建的广义相对论方程不仅包含了爱因斯坦引力场方程式,同时还有描述电磁场的麦克斯韦方程组;该论文1921年由爱因斯坦将其发表。而克莱因在不熟悉卡鲁扎的文章的情况下,研究带电粒子在电磁场和引力场的影响下,提出第五维是卷曲成一个半径非常小的环圈。
20世纪60年代初我们还是中学生的时候,在不知道卡鲁扎-克莱因奇迹的情况下,在环圈图像中,我们引进对称性的自旋结构,来编码基本粒子。现在看克莱因的环圈,是粒子沿着这个"轴线",移动很短的距离,就会回到起始点;粒子在回到起始点前所能行进的距离,则称作是该维度的大小。这个额外维度是一个紧集,而时空具有紧致维度的现象,称作是紧化。而我们的额外维环圈,因为是以自旋度量,所以不受紧致化的限制。例如类星体的超光速,也许有不仅是一种计量自旋不同的区别。例如,如果类星体的自旋,仅取类似月球绕太阳公转的轨道运动,假定为类似环圈的面旋,并以此作类星体亮度周期变化的一次轨道长度,那么亮度周期时间一定,类星体就不会出现超光速运动。但如果类星体的自旋,不仅有类似月球绕太阳公转的轨道运动,而且有类似月球绕地球公转的轨道运动,这假定为类似环圈的线旋,那么这个轨道长度就大为减小,而亮度周期还是那个时间值,计算类星体的运动,就有会出现超光速的现象。
其次,额外维环圈的体旋,也会带来一个体内的虚空间,我们把它对应类似虚数,称为"点内空间",如果设想有微观粒子,像野鸭子钻水是穿行于"点外"和"点内"前行,那么其速度也会出现超光速的现象。因此,超光速的现象不仅要有精确实测时间和距离的计算,证明是真实的;而且还要有区分客体运动,是穿行于"点外",还是"点内"前行的证明。这也是超光速最难区分的地方,例如EPR隐形传输,"点外"就通不过超光速。
所以后来我们说"额外维",主要是指"点内空间"。它是隐藏在"点外"四维时空之外的一种看不见的那些维度。如果问我们的宇宙是否只考虑五维时空,即只是添加了一个额外维的四维空间+时间的一个五维时空模型?添加一个以上的额外维,也是可以的吗?
有人说,考虑更多的维数也未尝不可。不过如果考虑的是五维以上的时空,用实验进行验证就不会这样简单了。也许不是专门学物理学的人,似乎更关心宇宙究竟有多少维数,但是物理学家们,最感兴趣的是额外维是否真的存在?是否真的存在着假定有额外维就应该有的那些粒子?


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1楼2011-11-23 22:48