超光速飞行真的能实现吗 超光速飞行人会死吗

2016-09-11 00:27  来源:www.lieqie001.com  编辑:覃主编  已有()人围观
导读: 超光速会成为一个讨论题目,源自于相对论中对于局域物体不可超过真空中光速c的推论限制,光速(真空中大约为3亿米/秒,光速定义值c=299792458m/s=299792.458km/s)成为许多场合下速率的上限值。在此之前的牛顿力学并未对超光速的速度作出限制。...

超光速飞行真的能实现吗

超光速(faster-than-light,FTL或称superliminality)会成为一个讨论题目,源自于相对论中对于局域物体不可超过真空中光速c的推论限制,光速(真空中大约为3亿米/秒,光速定义值c=299792458m/s=299792.458km/s)成为许多场合下速率的上限值。在此之前的牛顿力学并未对超光速的速度作出限制。除非世上存在自旋超过5的粒子,不然是不可能达到的。(因为超光速超越了光速)2011年9月22日,意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子,如果实验数据确凿无误,爱因斯坦的相对论将会受到挑战。OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室(LNGS)与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行,实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察, 标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速, 为现实中宇宙速度的极限。考虑到这是一个潜在的影响深远的结果,在结论被驳斥或坚实建立之前,还需要更多独立而无关的测量。但是该实验最终错误,是测量人员的技术失误。于2012年6月8日向世界公布实验错误。

中文名:超光速

外文名:Faster-than-light或Superluminal

简 称:FTL

所属学科:物理

所属领域:速度

超光速飞行真的能实现吗 超光速飞行人会死吗

超光速飞行

欧洲科学家再证实超光速粒子存在

彻底颠覆爱因斯坦相对论将不再成立。据英国《每日邮报》网站11月18日报道,欧洲核子研究中心的物理学家们日前再度推翻“光速最快”的说法,他们通过实验反复证明中微子的飞行速度的确可以超过光速,这很有可能会颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。爱因斯坦的狭义相对论认为,光速是宇宙速度的极限,没有任何物质可以超越光速。但欧洲核子研究中心的科学家们在今年9月宣布,他们发现一些粒子,如中微子等可能以快于光速的速度飞行。当时,该中心发声明称,这个结果的潜在影响巨大,急需重复实验及其他实验室的独立检测。在最近的实验中,该中心与意大利格朗萨索国家地下实验室进行了合作。研究人员们不但优化了最先的实验方案,而且还利用新方案进行了多达20次的重复实验,所得结果与先前的发现完全一致。一些物理学家指出,一旦有些粒子确实被证实跑过了光速,那将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法,甚至改变人类存在的模式。其中一种观点认为,宇宙中可能还存在其他未知维度,中微子正是抄了其他维度的“近路”,才“跑”得比光快。但最终实验还是失败了。

研究

2000年7月,由于英国《自然》(Nature, 2000, 406:277)杂志发表了一篇关于“超光速”实验的论文,引起了人们对超光速到底是否存在的讨论。其实对在介质中使光脉冲的群速度超过真空中光速c, 科学家们早有研究,而Nature中报道的这个实验就是实现了这种想法。但是这并非是人们想象的那种所谓违反因果律(或者相对论)的超光速,为了说明这个问题,让我们看一看由华人科学家王力军所做的这个实验。光脉冲是由不同频率、振幅、相位的光波组成的波包,光脉冲的每个成分的速度称为相速度,波包峰的速度称为群速度。在真空中二者是相同的,但是在介质中如我们所知道的存在如下的群速度与介质。

折射率的关系:vg = c / ng , ng = n + ω(dn/dω)显然在一定的情况下(如反常色散很强的介质)可以出现负的群速度,此时,光脉冲在介质中传播比真空中花的时间短,其差ΔT = (L/v) - (L/c)达到绝对值足够大时就可以观察到“超光速”现象,即“光脉冲峰值进入介质以前,在另一边已经有脉冲峰出射了”(由王力军原文译)。

那么这种超光速是不是违背因果律呢?我们仔细考查王的实验就会发现,出射光脉冲虽然是在入射脉冲峰值进入介质之前出现的,但在这之前入射脉冲的前沿早已进入介质了(如图),因此出射脉冲可以看作是由入射脉冲前沿与介质相互作用产生的。其实王的实验重要意义正在于实现了可观测的负群速度的这一现象,而不是像媒体炒作的那样发现了什么“超光速”,负的群速度在这里就不能理解为光的速度了,它也不是能量传输的速度。当然,这一实验本身就说明我们人类对光的认识又前进了一步。对这个实验的解释只凭折射率与群速度的关系这个公式是远远不够的,这其中包含了量子干涉的效应,涉及到对光的本质的认识,揭开蒙在“超光速实验”头上的面纱,仍然是科学家们奋斗的目标。

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超光速飞行

很多人在了解了这个实验后就会想到能否用这种“超光速”效应来传递信息,在王的实验中,“超光速”的脉冲不能携带有用的信息,因此也就无从谈起信息的超光速传递,同样能量的超光速传输也是不行的。

与超光速实验具有相同轰动效应的是另一种“超光速”现象quantum teleportation即量子超空间传输(或量子隐形传态),这个奇妙的现象因其与量子信息传递及量子计算机的实现有密切联系而引起人们的关注。所谓超空间,就是量子态的传输不是在我们通常的空间进行,因此就不会受光速极限的制约,瞬时地使量子态从甲地传输到乙地(实际上是甲地粒子的量子态信息被提取瞬时地在乙地粒子上再现),这种量子信息的传递是不需要时间的,是真正意义的超光速(也可理解为超距作用)。在量子超空间传输的过程中,遵循量子不可克隆定律,通过量子纠缠态使甲乙粒子发生关联,量子态的确定通过量子测量来进行,因此当甲粒子的量子态被探测后甲乙两粒子瞬时塌缩到各自的本征态,这时乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。这种信息的传递是“超光速”的。

但是,如果一位观测者想要马上知道传送的信息是什么,这是不可能的,因为此时粒子乙仍处于量子叠加态,对它的测量不能得到完全的信息,我们必须知道对甲粒子采取了什么测量,所以不得不通过现实的信息传送方式(如电话,网络等)告诉乙地的测量者甲粒子此时的状态。最终,我们获得信息的速度还是不能超过光速!量子超空间传输的实验已在1997年实现了(见Nature,390,575.1997)。2011年7月已经证实中微子超光速7公里(最后证实该实验数据错误)。

以上两个超光速的方案还只处于理论探讨和实验阶段,离实用还有很远的距离,而且这两个问题都涉及到物理学的本质,实验现象及其解释都在争论之中。

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