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(guó)科學(xué)刊物New Scientist7月3日說；“美國(guó)科學(xué)家S.Lamoreaux對(duì)在西非的 核反應(yīng)堆的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所作分析表明，在過去20億年中精細(xì)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(gè)光子之間具有超光速相互作用，測(cè)定一個(gè)光子的 自旋，遠(yuǎn)處的另一個(gè)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(gè)研究組在光子糾纏實(shí)驗(yàn)中，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(gè)村莊（相距10km）之間進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)；他們送出若干對(duì)的糾纏態(tài)光子，在大約5ps時(shí)間間隔完成了測(cè)量，據(jù)此算出糾纏態(tài)影 響的傳播速度是107c量級(jí)（c是光速）?？紤]到糾纏態(tài)影響相對(duì)于別的參考系（例如大爆炸 后的微波殘余）會(huì)有一固定速度，Gisin等找出這個(gè)超光速速度是104c以上。最近十幾年來，各國(guó)科學(xué)家做的一些超光速實(shí)驗(yàn)，主要是用了兩個(gè)原理，一個(gè)是反常色 散，另一個(gè)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(duì)于波的群速度而言，正常色散時(shí)是亞光速，反常色散時(shí)則有可能出現(xiàn) 超光速。消失場(chǎng)或者消失波的特

3、點(diǎn)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(jì)80年代中期，有人提出了截止波導(dǎo)的量子理論模型，認(rèn)為可以把截止波導(dǎo)當(dāng)作 勢(shì)壘。90年代初德國(guó)科隆大學(xué)教授尼米茲根據(jù)這個(gè)思想做成了群速超光速實(shí)驗(yàn)。1991年， 意大利國(guó)家電磁波研究院做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們使一束微波通過波導(dǎo)管 隨著波導(dǎo)管的加長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)，他 們用高頻大功率激光脈沖實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間解析后發(fā)現(xiàn)，不管勢(shì)壘有多厚，光子穿越其間的時(shí) 間都是固定的.1993年美國(guó)科學(xué)家加州大學(xué)趙雷蒙等人做成的一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(gè)勢(shì)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(duì)兩粒子同時(shí)測(cè)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(dá)了尋找到的這類測(cè)量結(jié)果相關(guān)程度的理論限制。貝爾認(rèn)為，可以想象 存在著一個(gè)參照系，其中的事物速度比光快。實(shí)際上，在EPR實(shí)驗(yàn)中包含著，景象的背后有 某種東西比光的行進(jìn)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(duì)光子的每次局域測(cè)量 在孤立地考慮時(shí)，產(chǎn)生的結(jié)果是完全隨機(jī)的，因此不能攜帶來自遠(yuǎn)處的信息，研究人員從中 得知的僅僅是

5、根據(jù)遠(yuǎn)處測(cè)量的物體了解那里測(cè)量結(jié)果的概率是多少。各種超光速實(shí)驗(yàn)的情況 證實(shí)了這一點(diǎn)。例如20世紀(jì)90年代超光速的實(shí)驗(yàn)此起彼伏，1995年德國(guó)人G - Nimtz等 宣布做的實(shí)驗(yàn)，用音樂對(duì)微波源調(diào)制后，使音樂以4.7C穿過位壘。以上都是測(cè)量獲得的某 個(gè)超光速實(shí)驗(yàn)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(shí)質(zhì)是一種“貝爾態(tài)測(cè)量”。最近美國(guó)科學(xué)家在量子力學(xué)領(lǐng)域里做的一些實(shí)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了明顯的超光速效應(yīng)，這個(gè)發(fā) 現(xiàn)在全世界引起了轟動(dòng)。加利福尼亞大學(xué)的粒子物理學(xué)家亨利斯塔普，在仔細(xì)研究了這些 顯示超光速效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(guó)物理學(xué)家杰克薩弗蒂為了檢驗(yàn)這些使人吃驚的實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)學(xué)計(jì)算重現(xiàn)了量子力學(xué)實(shí)驗(yàn) 的超光速效應(yīng)。他最后說，他的數(shù)學(xué)計(jì)算表明，不僅確實(shí)存在一個(gè)超光速通訊的渠道，而且 人類還能利用超光速來獲得夢(mèng)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(huì)議上曾作了題為“強(qiáng)子物體內(nèi)的 超光速可能性及量子引力問題”的報(bào)告。實(shí)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(duì)稱性破缺”。 文章涉及Higgs場(chǎng)、弱相互作用、Yang-Mills方程、彎曲時(shí)空等多個(gè)領(lǐng)域；但其主要內(nèi)容

7、卻是，在假定光速是一個(gè)變量的條件下，引用強(qiáng)引力耦合系數(shù)(strong gravity coupling constant)概念進(jìn)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(rèn) 為，在早期宇宙時(shí)光速比c大得多；它隨時(shí)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(bào)上發(fā)表文章“電化學(xué)異?，F(xiàn)象與撓場(chǎng)理 論”。在242次香山科學(xué)會(huì)議上，他重申“撓場(chǎng)傳播是超光速的”。早年，Einstein曾和Cartan 一起研究，搞所謂的撓場(chǎng)(Torsion field)理論。這是因?yàn)閺V義相對(duì)論在處理時(shí)空性質(zhì)時(shí) 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(shí)撓場(chǎng)理論的出現(xiàn)仿彳弗只是對(duì)廣義相對(duì)論的補(bǔ)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(duì)真空中零點(diǎn)能(zero energy)的提?。灰蚨谛率?紀(jì)到來時(shí)重新引起人們的注意和重視。反映時(shí)空撓曲的理論由于對(duì)自旋的重視又被稱為自旋 場(chǎng)(Spin field)，它和引力場(chǎng)、電磁場(chǎng)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(rèn)為，撓場(chǎng)產(chǎn)生于物體的自旋，它對(duì)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(chǎng)。這方面的研究工作，中國(guó)科學(xué)界還是 很生疏的。值得注意的是，撓場(chǎng)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(chǎng)的觀點(diǎn)來解釋王力軍的超光速實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)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(chǎng)誘導(dǎo)下，雙原子分子中兩個(gè)電子將不 同(一個(gè)與外磁場(chǎng)同向、另一個(gè)反向)。這時(shí)如用光脈沖通過的方式提供適當(dāng)能量，將使上 述二者發(fā)生躍遷而到達(dá)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(chǎng)，對(duì)有了磁 性的粒子產(chǎn)生加速作用。王力軍實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是維持磁撓場(chǎng)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(bào)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(duì)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(jì)算時(shí)間加以驗(yàn)證 本報(bào)訊(記者王燕)在愛因斯坦的相對(duì)論中，光速是一個(gè)不可超越的速度。但即 將出版的美國(guó)新科學(xué)家雜志刊文指出，兩名德國(guó)物理學(xué)家聲稱，他們可以使光量子的前 進(jìn)速度超過光速，這對(duì)狹義相對(duì)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(gè)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(jìn)行了一系 列實(shí)驗(yàn)，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(zhǎng)。當(dāng)把兩塊棱鏡放置在一起時(shí)，光量子如預(yù)期般筆直地穿過棱鏡。當(dāng)把棱鏡分開放置時(shí)， 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(cè)器捕捉到。但是一部分光 量子還是會(huì)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(shí)一 樣。科學(xué)家指出，雖然這些沒有被反射的光量子的行進(jìn)距離要比被反射的長(zhǎng)，但它們到達(dá) 偵測(cè)器的時(shí)間和被反射的

12、光量子到達(dá)的時(shí)間精確一致，所以科學(xué)家認(rèn)為光量子的行進(jìn)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊物理評(píng)論快報(bào)(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(hào)通訊時(shí)間和 研究量子關(guān)聯(lián)傳播。根據(jù)愛因斯坦狹義相對(duì)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(gè)小漏洞:短脈沖光是和鐘聲一樣以對(duì)稱曲線形式傳播的;波曲線的前端速度不會(huì)超過光速， 但是波峰可以向前或向后傾斜，因此會(huì)導(dǎo)致稍早于或晚于波本身到達(dá)的時(shí)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(zhǎng)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(shí)，種子激光脈沖發(fā)出的光束與銣蒸汽互作