3、量子力學(xué)中的超光速現(xiàn)象

1、3、量子力學(xué)中的超光速現(xiàn)象英國科學(xué)刊物New Scientist7月3日說；“美國科學(xué)家S.Lamoreaux對在西非的 核反應(yīng)堆的實驗數(shù)據(jù)所作分析表明，在過去20億年中精細結(jié)構(gòu)常數(shù)（a）減小了 4.5X10-8 故在過去的光速c比現(xiàn)在略大”。物理學(xué)界都知道，處于糾纏態(tài)的兩個光子之間具有超光速相互作用，測定一個光子的 自旋，遠處的另一個光子自旋立即相應(yīng)改變。愛因斯坦稱其為“怪異的超距作用”（spooky action at a distance）。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的一個研究組在光子糾纏實驗中，測得其速度至 少超過光速一萬倍。物理學(xué)是客觀的，糾纏光子之間具有超光速作用，因被許多實驗證明為 客觀存在

2、而無法否定。早在2000年，Gisin小組在瑞士的兩個村莊（相距10km）之間進行 實驗；他們送出若干對的糾纏態(tài)光子，在大約5ps時間間隔完成了測量，據(jù)此算出糾纏態(tài)影 響的傳播速度是107c量級（c是光速）。考慮到糾纏態(tài)影響相對于別的參考系（例如大爆炸 后的微波殘余）會有一固定速度，Gisin等找出這個超光速速度是104c以上。最近十幾年來，各國科學(xué)家做的一些超光速實驗，主要是用了兩個原理，一個是反常色 散，另一個是消失態(tài)。正常色散是指物質(zhì)的折射率隨頻率提高而加大，反常色散是指折射率 隨頻率提高而減小。對于波的群速度而言，正常色散時是亞光速，反常色散時則有可能出現(xiàn) 超光速。消失場或者消失波的特

3、點是隨距離增加衰減很快但相位基本不變，它可能存在于截 止波導(dǎo)中，也可能存在于雙三棱鏡的間隙中。上世紀80年代中期，有人提出了截止波導(dǎo)的量子理論模型，認為可以把截止波導(dǎo)當作 勢壘。90年代初德國科隆大學(xué)教授尼米茲根據(jù)這個思想做成了群速超光速實驗。1991年， 意大利國家電磁波研究院做了一個實驗，他們使一束微波通過波導(dǎo)管 隨著波導(dǎo)管的加長，他們發(fā)現(xiàn)有一部分微波以超光速穿過了波導(dǎo)管.奧地利維也納技工大學(xué)也做了類似實驗，他 們用高頻大功率激光脈沖實現(xiàn)高精度時間解析后發(fā)現(xiàn)，不管勢壘有多厚，光子穿越其間的時 間都是固定的.1993年美國科學(xué)家加州大學(xué)趙雷蒙等人做成的一個實驗對我們很有啟發(fā)等 人利用一種新發(fā)

4、明的、極其巧妙的干涉儀，他們讓光子通過一個勢壘，使光子的速度在光速 的基礎(chǔ)上又增加了 70%。1965年，貝爾研究了對兩粒子同時測量的各種結(jié)果之間可能存在的各種相關(guān)性，他用 數(shù)學(xué)不等式的形式表達了尋找到的這類測量結(jié)果相關(guān)程度的理論限制。貝爾認為，可以想象 存在著一個參照系，其中的事物速度比光快。實際上，在EPR實驗中包含著，景象的背后有 某種東西比光的行進更快。要理解這段話，莫過于把EPR效應(yīng)稱為纏結(jié)效應(yīng)。那么是否可以 利用纏結(jié)效應(yīng)使信息的傳輸速度大于光速呢？由于量子法則的限制，對光子的每次局域測量 在孤立地考慮時，產(chǎn)生的結(jié)果是完全隨機的，因此不能攜帶來自遠處的信息，研究人員從中 得知的僅僅是

5、根據(jù)遠處測量的物體了解那里測量結(jié)果的概率是多少。各種超光速實驗的情況 證實了這一點。例如20世紀90年代超光速的實驗此起彼伏，1995年德國人G - Nimtz等 宣布做的實驗，用音樂對微波源調(diào)制后，使音樂以4.7C穿過位壘。以上都是測量獲得的某 個超光速實驗的結(jié)果，數(shù)據(jù)表明的多種性，說明超光速僅是一種概率，并且成功率很低。因 為，超光速實質(zhì)是一種“貝爾態(tài)測量”。最近美國科學(xué)家在量子力學(xué)領(lǐng)域里做的一些實驗，也發(fā)現(xiàn)了明顯的超光速效應(yīng)，這個發(fā) 現(xiàn)在全世界引起了轟動。加利福尼亞大學(xué)的粒子物理學(xué)家亨利斯塔普，在仔細研究了這些 顯示超光速效應(yīng)的實驗結(jié)果以后，只好說：“量子力學(xué)的確好象要求某種超光速聯(lián)系”

6、。美 國物理學(xué)家杰克薩弗蒂為了檢驗這些使人吃驚的實驗，利用數(shù)學(xué)計算重現(xiàn)了量子力學(xué)實驗 的超光速效應(yīng)。他最后說，他的數(shù)學(xué)計算表明，不僅確實存在一個超光速通訊的渠道，而且 人類還能利用超光速來獲得夢想不到的好處。意大利科學(xué)家V.de Sabbata在第242次香山科學(xué)會議上曾作了題為“強子物體內(nèi)的 超光速可能性及量子引力問題”的報告。實際上，早在1981年V.de Sabbata和M.Gasperini 即在Lett. al Nuovo Cimento上發(fā)表文章，題為“光速可變性引起的自發(fā)對稱性破缺”。 文章涉及Higgs場、弱相互作用、Yang-Mills方程、彎曲時空等多個領(lǐng)域；但其主要內(nèi)容

7、卻是，在假定光速是一個變量的條件下，引用強引力耦合系數(shù)(strong gravity coupling constant)概念進行推導(dǎo)，結(jié)果算出在hadron宇宙內(nèi)“光以75c的恒定速度傳播”。文章認 為，在早期宇宙時光速比c大得多；它隨時間而變，逐漸降低到現(xiàn)在的值(即c)。2000年6月，江興流教授在科技導(dǎo)報上發(fā)表文章“電化學(xué)異?，F(xiàn)象與撓場理 論”。在242次香山科學(xué)會議上，他重申“撓場傳播是超光速的”。早年，Einstein曾和Cartan 一起研究，搞所謂的撓場(Torsion field)理論。這是因為廣義相對論在處理時空性質(zhì)時 只考慮了曲率，而未考慮撓率。此外，在引力理論中往往只重視

8、物質(zhì)的能量，而忽略了物質(zhì) 的自旋。因而，在開始時撓場理論的出現(xiàn)仿彳弗只是對廣義相對論的補充和發(fā)展。但在近年來， 這方面的研究發(fā)揮到別的方面，例如對真空中零點能(zero energy)的提?。灰蚨谛率?紀到來時重新引起人們的注意和重視。反映時空撓曲的理論由于對自旋的重視又被稱為自旋 場(Spin field)，它和引力場、電磁場相并列而被看作是物理真空在不同條件下的不同表 現(xiàn)。俄羅斯科學(xué)界認為，撓場產(chǎn)生于物體的自旋，它對物體的作用也只限于自旋狀態(tài)的改變。 由于任何物質(zhì)均表現(xiàn)出綜合的自旋，故物質(zhì)均有撓場。這方面的研究工作，中國科學(xué)界還是 很生疏的。值得注意的是，撓場的傳播速度據(jù)說是V109c；

9、這種情況是量子力學(xué)中非局域 性(Non-locality)的表現(xiàn)之一。2001年，焦克芳研究員曾采用磁撓場的觀點來解釋王力軍的超光速實驗。他認為， 一般情況下艷原子氣體是正常色散介質(zhì)；但在外加磁場誘導(dǎo)下，雙原子分子中兩個電子將不 同(一個與外磁場同向、另一個反向)。這時如用光脈沖通過的方式提供適當能量，將使上 述二者發(fā)生躍遷而到達高能激發(fā)態(tài)。由于在單極耦合的反成鍵態(tài)周圍存在磁撓場，對有了磁 性的粒子產(chǎn)生加速作用。王力軍實驗成功的關(guān)鍵是維持磁撓場不消失，通過一定方法保持反 成鍵態(tài)的連續(xù)存在。附錄1： 2007年08月16日14:16來源：法制晚報德科學(xué)家聲稱光量子穿越障礙速度快得驚人違背愛因斯坦

10、“光速無法超越”理論 挑戰(zhàn)相對論光量子超光速他們通過將光量子在兩塊間距為一英里的棱鏡中來回反射并計算時間加以驗證 本報訊(記者王燕)在愛因斯坦的相對論中，光速是一個不可超越的速度。但即 將出版的美國新科學(xué)家雜志刊文指出，兩名德國物理學(xué)家聲稱，他們可以使光量子的前 進速度超過光速，這對狹義相對論中所說的“沒有任何物體在任何環(huán)境下可以超越光速”的 說法提出直接挑戰(zhàn)。據(jù)悉，這兩名物理學(xué)家分別名為GHnterNimtz和Alfons Stahlhofen， 他們都是科布倫茨大學(xué)的物理學(xué)家。他們一直在研究一種叫做“光子隧道”的現(xiàn)象，所謂的 “光子隧道”是指一種微粒穿過一個顯然不可穿越的障礙的現(xiàn)象。這兩名

11、物理學(xué)家聲稱， 他們可以讓光量子在瞬間穿過很多種大小的物體，從幾毫米到幾米，從而得出結(jié)論：光量子 的穿越速度快得驚人，超過光速。為了證明這一理論的正確性，這兩名物理學(xué)家進行了一系 列實驗，他們讓微波光量子在兩塊棱鏡間瞬間穿過，兩塊棱鏡間的距離約有一英里長。當把兩塊棱鏡放置在一起時，光量子如預(yù)期般筆直地穿過棱鏡。當把棱鏡分開放置時， 大部分光量子從它們遇到的第一塊棱鏡上被反射出去，然后被偵測器捕捉到。但是一部分光 量子還是會像穿過“隧道”一樣從兩塊棱鏡中的空隙中穿過，就像是把棱鏡放置在一起時一 樣?？茖W(xué)家指出，雖然這些沒有被反射的光量子的行進距離要比被反射的長，但它們到達 偵測器的時間和被反射的

12、光量子到達的時間精確一致，所以科學(xué)家認為光量子的行進速度超 過了光速。(責(zé)任編輯：張宬)附錄2：科學(xué)家研發(fā)出超光速脈沖據(jù)外媒消息，美國國家標準和技術(shù)研究所的研究人員研發(fā)出一種全新方法，可以產(chǎn)生 超光速脈沖。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊物理評論快報(PRL)上。這種稱作“四波混頻”(four-wave mixing)的方法，有望被用于縮短信號通訊時間和 研究量子關(guān)聯(lián)傳播。根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，光在真空中的傳播速度是宇宙速度極限。但是此理論有一 個小漏洞:短脈沖光是和鐘聲一樣以對稱曲線形式傳播的;波曲線的前端速度不會超過光速， 但是波峰可以向前或向后傾斜，因此會導(dǎo)致稍早于或晚于波本身到達的時間。保羅列特(Paul D. Lett)及其同事在研究中，通過四波混頻方法，向加熱小室發(fā) 送200納秒長的種子激光脈沖。該小室充斥原子銣蒸汽；銣蒸汽放大了種子激光脈沖，將其 波峰前移，使其變得“超光速”。與此同時，種子激光脈沖發(fā)出的光束與銣蒸汽互作