介个，超光速了耶 - 我思我在 - 轩辕春秋文化论坛 20周年


	harp

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#1

发表于 2011-9-23 13:33 资料短消息只看该作者

介个，超光速了耶

意大利Gran Sasso的OPERA实验声称观测到中微子以超过真空光速百万分25的速度传播！！！！！

Gran Sasso真是个神奇的地方，什么牛鬼神蛇都能搞出来。这次是出炸药奖还是出笑话，看官们拭目以待

新闻报道
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15017484
http://news.yahoo.com/strange-particles-may-travel-faster-light

实验论文
http://arxiv.org/abs/1109.4897

论文摘要:
The OPERA neutrino experiment at the underground Gran Sasso Laboratory has measured the velocity of neutrinos from the CERN CNGS beam over a baseline of about 730 km with much higher accuracy than previous studies conducted with accelerator neutrinos. The measurement is based on high statistics data taken by OPERA in the years 2009, 2010 and 2011. Dedicated upgrades of the CNGS timing system and of the OPERA detector, as well as a high precision geodesy campaign for the measurement of the neutrino baseline, allowed reaching comparable systematic and statistical accuracies. An early arrival time of CNGS muon neutrinos with respect to the one computed assuming the speed of light in vacuum of (60.7 ± 6.9 (stat.) ± 7.4 (sys.)) ns was measured. This anomaly corresponds to a relative difference of the muon neutrino velocity with respect to the speed of light (v-c)/c = (2.48 ± 0.28 (stat.) ±0.30 (sys.)) ×1e-5.

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	郝伯道


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#2

发表于 2011-9-23 13:43 资料文集短消息只看该作者

鸟语只能看半懂

觉得不大可能
能否介绍一下用什么方法测的，在什么条件下测的
这种检测能否在其他实验室重复出来？

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	KYOKO (★御姐控★)


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#3

发表于 2011-9-23 13:44 资料个人空间短消息只看该作者

既然超光速时间能倒转，为啥不能超光速

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	夜阑


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#4

发表于 2011-9-23 13:51 资料主页个人空间短消息只看该作者

相对论只有限制说不能把物质加速到光速或超光速，并没有说物质本身不能有超光速的存在吧

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	harp

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#5

发表于 2011-9-23 13:52 资料短消息只看该作者

原理很简单，就是距离除以时间。关键是这帮人测得准不准。

OPERA的人敢发文章，就是豁出去了。现在估计费米实验室的人要开足马力重复这个结果呢。

不过Gran Sasso经常出一些莫名其妙的实验结果，我采他们搞错了的可能性也不小

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	harp

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#6

发表于 2011-9-23 13:55 资料短消息只看该作者

QUOTE:

相对论只有限制说不能把物质加速到光速或超光速，并没有说物质本身不能有超光速的存在吧

的确是不允许超过光速。否则质量是负的。而且岚姐看清楚了是真空光速

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	ghostdance (天性决不屈服于世俗)

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#7

发表于 2011-9-23 15:52 资料文集短消息只看该作者

意大利面条的话也能相信，

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	harp

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#8

发表于 2011-9-23 23:42 资料短消息只看该作者

试验组很多人呢，不都是面条

距离是加强版的gps测的，据称误差只有几厘米，可以忽略。大多数质疑是关于时间测量。不过cern有一个专门测时间的组，干这个很多年了。现在要看其他实验室能否重复这个结果了。

开赌吧筒子们，现大多数人都是押相对论对，试验错。

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	小贩 (仙子！请自重……)

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#9

发表于 2011-9-25 16:41 资料主页个人空间短消息只看该作者

后果严重!围观中……

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	hhp19910906

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#10

发表于 2011-10-7 21:46 资料个人空间短消息只看该作者

回复 #8 harp 的帖子

我敢压相对论错，不过不压实验结果对，这样就是个稳赢不输的压法，相对论肯定是要被推翻的，只是时间的问题

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	tonyget (精神病院院長)

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#11

发表于 2011-10-9 20:15 资料文集短消息只看该作者

超光速粒子推翻爱因斯坦理论物理学家狂热分析

2007年3月21日，欧洲大型强子对撞机发射中微子束隧道，宛如时间机器。

中微子探测器“萨德伯里”中微子天文台。

研究人员正在观看粒子实验的电脑追踪图像。

2006年11月25日，德国卡尔斯鲁厄，人们在运送中微子实验的分光仪。

　　金秋九月，一颗以诡异著名的微小粒子跑出史上最好成绩，比“粒子界的博尔特”光速还快，所有看客惊掉了下巴。科学界和人文学界少见地一起陷入激动的高潮！如果这是真的，“光速不可超越”的物理学界金科玉律将成谬误，以爱因斯坦相对论奠基的现代物理学大厦需要重新构建。接下来呢？时间旅行可能成为现实的狂想，令哲学家和科幻作家夜不能寐。等一下，科学总在证伪中进步没错，但是爱因斯坦真的错了吗？

　　小粒子的爆炸效应

　　意大利科学家发现一种粒子跑得比光还快中微子。对，电影《2012》中毁灭地球的中微子，不过这次不是忽悠，而是真实的科学数据。这一消息震惊全球。如果真是如此，光速将不再是宇宙的速度极限，爱因斯坦的狭义相对论及整个现代物理学都将重写。半个月来，全球各地的物理学家都在忙着分析这篇研究报告，物理学界少有这么忙活的时刻。

　　“一下子出现这么多论文，实在很令人惊讶。”数学家彼得·瓦特说，“这是正常的过程。当有什么让人激动的实验结果出来后，每个人都想第一个做出解释。现在看来，这次还不同以往。”

　　他指的就是9月23日那个打破物理学界平静的爆炸弹。

　　意大利格兰萨索国家实验室OPERA项目研究人员接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束。中微子理论上没有质量，几乎可以穿透任何物质，在理论上可以以光速飞行。

　　因此，在OPERA实验位于地下深处长达730公里的管道中，科学家假定中微子以光速飞行。距离和速度是固定的，那么中微子的飞行时间也应该固定。但是，令人惊讶的是，从日内瓦飞到意大利罗马附近，中微子不仅没有迟到，而且还比预计时间早到了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒），即每秒钟多“跑”了6公里。

　　这个诡异的实验结果，就目前看来，只有一种解释：中微子飞得比光速更快。

　　这意味着什么？按照为现代物理学奠基的爱因斯坦狭义相对论，光速恒定，它是宇宙的极限速度，没有任何物质可以超越光速运行。

　　“如果OPERA的结果是正确的，那将给整个物理界带来一场观念上的革新。”欧洲核子研究中心的理论物理学家吉恩·古戴斯对本报记者说，“我们构建当前时空观的基本原理就会崩塌，我们得重新思考时空。”

　　物理学家的狂热分析

　　中微子会比光速还快，这个想法太不同寻常，连OPERA实验的科学家也不敢贸然做出猜测。“我们不做出任何猜测。”他们在一份声明中表示。

　　然而，如果实验结果正确，这可能是本世纪乃至现代物理学上最惊人的发现了。科学家的态度一贯相当谨慎。他们在还未正式发表这篇研究论文之前，就把研究报告放在一份公开的论文网站上。“我们希望别的科学家能够做出验证。”他们说。

　　因为这个结果潜在的巨大影响力，OPERA科学家还不同以往地专门开展了一场网络直播，现场向欧洲核子中心的同行们和全球物理学界的科学家们讲解自己的实验方法和过程。华裔科学家丁肇中在现场夸赞这个实验：“我想祝贺你们做出了一个极其美妙的实验”。

　　事实上，欧洲核子研究中心的竞争对手、著名的美国费米实验室早在2007年就观测到了类似的“中微子超光速”现象，但由于该实验对结果估算的误差较大，导致可信度低。如今，费米实验室打算重做实验，验证超光速粒子的实验结果。

　　不过，意大利科学家发布的数据是经过三年的时间和15000次左右的计算融和的结论。目前类似实验很难在其他国家予以重复验证，日本的实验室遭受海啸重创，费米实验室无法达到欧洲核子中心的实验精度。

　　即使如此，在过去的半个月中，这个实验还是成为全球物理学家的热门话题。无数科学家放下了手边的活，涌入在线公开论文网站arxiv.org，逐字逐句地研究OPERA发布的实验数据和过程。很多人在物理博客上发表见解，还有很多人干脆自己也在同一网站上发表了论文，阐释看法。

　　“超光速”过不去的坎

　　在众多的发言中，没有几个物理学家真正相信，中微子会快过光速。

　　“反方”阵营大部分来自理论物理学家，最权威的一个解释来自于诺奖获得者、物理学家谢尔顿·格拉斯豪。他和他的同事在发表的论文中指出，如果中微子运行速度快于光速，其反过来会制造出一种“虚粒子”，并同时夺走中微子的能量。假设中微子真的会以超光速飞行，它们丧失的能量也只会让它们飞一会儿，不足以支撑到整个OPERA实验设计的距离。

　　欧洲核子研究中心的理论物理学家吉恩·古戴斯也发表了一篇论文，支持格拉斯豪。“如果中微子以超光速飞行，它会释放出一些电子和质子，从而丧失能量，这与OPERA探测的高能中微子结果相悖。

　　另一个挡在OPERA实验结果前的坎儿，来自于一个20多年前的天文发现。

　　1987年，天文学家在银河系伴星系大麦哲伦星云观测到一颗超新星爆发，并且探测到中微子数量突然增加。这是人类首次明确探测到来自银河系外确定来源的中微子，也是迄今为止对中微子速度最准确的测定。

　　有科学家称，那次发现的中微子源到地球的距离足有十几万光年。如果这次意大利的数据确为超光速现象，这些中微子就应该比光提前好几年抵达地球，而实际上它们只提前了三个小时。“这是意大利的数据无法解释的矛盾。”果壳网频道主编虞骏说。

　　还有一些质疑来自设计实验的应用物理学家，他们寻找这个实验中可能存在错误的地方。一些论文指出，可能是原子钟的同步出了问题，或者中微子束的尾部测量上出现差错。

　　但是，这些鸡蛋里挑骨头的举动，虽然提醒人们实验可能存在错误，但还没有人找到真正的问题所在。

　　相对论的“黑天鹅”

　　中微子这个诡异的粒子，总是能够引起理论界和实验界的争议，但也更能引发物理学家的新的思路。

　　在另外一些提交的解释论文中，一些人给出了新的答案。这些新见解，就更加前沿，更加科幻了。有一批人认为，某些中微子可以在不同时空中跳来跳去，因此在实验中可能在不同维度中走了“捷径”；有人认为，中微子在穿越固体地球的时候，比穿越空间时飞得更快；有人认为，中微子可能穿透了暗物质，同时，光质子则因为与暗物质的反应而变慢了；还有人认为，中微子的速度在不同的方向和一天中不同的时间而发生变化。

　　“现在说哪种理论更好，显得过于冒失。”欧洲核子研究中心的理论物理学家约翰·埃利斯对媒体说，“他们可能都是错的，因为这个结果可能最终会蒸发。”

　　不过，这些解释还是有用的。“科学定论最初来自实验结果，但之后，就得靠理论物理学家们，就像打字机上的猴子一样，一个个的猛击各种可能。”

　　“包括爱因斯坦的相对论在内，所有的科学理论可以说都只是一个到目前为止看起来最合理的假设。”虞骏说，“就好像"所有的天鹅都是白的"这个说法，在没有发现其他颜色的天鹅之前，就是一个合理的假设，可以拿来指导我们的判断。当然，后来发现了黑天鹅，这个说法自然就被证伪了。”

　　“科学家实际上一直在为难他们的理论，会想方设法去检验理论，看它能否经得起最严苛的考验，只不过到目前为止，相对论经受住了所有实验的检验。”

　　“但这无法排除或许有一天，相对论也会遇到自己的黑天鹅，但这不代表相对论就一无是处了。这在科学上绝对是一件值得欢庆的事情，因为科学又找到了向前突破的方向。”

　　本报记者金煜

　　释疑

　　中微子毫不费力穿透地球

　　在物理世界中，没有哪种粒子能够像中微子那样神秘。它个头超小，几乎无质量，不带电荷，理论上会以光速运行，可以轻松穿越几乎一切物质。它也是最难捕捉的粒子，被称为“幽灵粒子”。但它或许可以解开宇宙起源最深的奥秘。

　　堪比“变形金刚”

　　如果你把手放在太阳底下，你知道每秒钟有多少个无形的从太阳里跑出来的中微子会穿透你的手吗？答案是：1兆亿个。

　　太阳会发射出可观数量的中微子，这是美国的理论物理学家约翰·巴赫卡尔通过数学计算得出的。

　　上世纪60年代，美国科学家雷蒙德·戴维斯在一个可以屏蔽宇宙背景辐射的废弃金矿中设置了中微子捕捉器。到了上世纪80年代，实验不断改进后，也只发现了预计中三分之一的中微子。

　　理论中计算出的海量中微子数量，和实际观测到的数量反差十分巨大，令人们困惑了30年。最后的答案出人意料。

　　欧洲核子研究中心发现，中微子有三种“变体”。在从太阳内核到地球的过程中，它会在不同的变体中任意转化，就像钟摆振动一样，这又称为“中微子振荡”。戴维斯的实验只探测到三种“变体”中的电子中微子。

　　不过，现在科学家还不知道这三种中微子之间的质量差别到底有多少，也不知道它们到底有多重。

　　“加热地球”忽悠人

　　在两年前大红大紫的电影《2012》中，一次剧烈的太阳耀斑放射出了大量的中微子。因为中微子携带能量，其与地球内核发生反应，加热了地球。

　　的确，太阳释放大量的中微子；其穿透力也极强，比医生用的X射线的穿透力还要高10亿倍；中微子也可以达到地球内核，产生一些能量，这些都是真实的科学。不过，这些能量能把整个地球加热，这就是科幻了。

　　古戴斯表示，要产生电影中这些毁灭性的效果，这在科学界看来不现实。

　　“雌雄同体”穿透一切

　　根据标准模型，宇宙大爆炸后，在极短的时间内，纯粹的能量转化为物质和反物质。正反物质不能共存，两者碰撞时会发生湮灭。

　　那为什么我们物质战胜了反物质，构成了世界？

　　中微子不带电荷，它对应的反物质就是它本身，是唯一正反物质为一体的粒子。对中微子的探索，或许可以解开正反物质的谜。

　　科学家发现，中微子比电子要小上亿倍，本身不带电荷，不受电磁力与强力的影响，与其它物质之间的作用相当之弱。不过，当大量中微子穿越某个原子核的时候，可能会有少量中微子发生反应，但这种影响微乎其微。对于宇宙中的中微子来说，固体物质就像真空一样，可以毫不费力地穿透其它物质，包括地球。

　　“中微子的特殊性在于，它和其它物质的互相作用微乎其微。”欧洲核子研究中心的古戴斯对本报记者说，“要挡住一个放射性衰变放射出的中微子，你需要一个厚度有从地球到南门二星系（位处天空南方的半人马座，距离太阳系4.24光年）那么长的铁块。”

　　中微子还有其它一些奇特的性能让人好奇。在量子层面，大部分的粒子的自旋都有“右手性”，唯有中微子是一个“左撇子”。一些科学家认为这可能是其它维度的证据，可以用来解释目前听起来还比较玄的多维度理论。

　　上世纪30年代，科学家发现在原子核衰变过程中，有一些能量莫名其妙地消失了，不符合能量守恒定律。物理学家泡利据此预言，还有一种未被发现的粒子，带走了能量。物理学家费米将其命名为中微子，意思是“非常小的中性粒子”。

　　中微子不会与其它物质“亲密接触”，但当撞入原子时会产生一定的信号。在1956年的一次试验中，年轻的美国物理学家费德里克·瑞恩斯和克劳迪·柯瓦等人清楚地观测到中微子出现后显示出来的脉冲信号。人类第一次验证中微子的存在。

　　如今，全球已经有多个昂贵、巨大的探测器在捕捉中微子。这些探测器大都处于地下深处，以最大可能屏蔽其它的放射性粒子。常见的探测器都需要大量的水或油，让中微子与这些水分子或油分子的电子和原子核发生反应，通过脉冲信号得到探测数据。

http://laoyaoba.com/ss6/html/36/n-255136.html

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#12

发表于 2011-10-10 11:08 资料短消息只看该作者

换个思考：

光子应该也有质量，而这个“中微子”的质量应该比光子更趋于“0”

那到底什么是“0”，才是真真改研究研究的！

“光速最快”不是真理，“相对论”更加不是！

[ 本帖最后由靓坤于 2011-10-10 11:21 编辑 ]

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#13

发表于 2011-10-10 13:52 资料短消息只看该作者

11楼那文章作者估计挺关注科技新闻的吧，转载新闻部分基本都是对的，评论部分却不靠谱

QUOTE:

它对应的反物质就是它本身

中微子的反粒子有可能使它本身而已，也有（更大）可能不是。这个性质目前还无法观测，处于存疑状态。

QUOTE:

科学家发现，中微子比电子要小上亿倍

这么说可是不合适。电子现在的模型还是点粒子。而中微子则是混合态，比电子的结构还要复杂些。 "A point is that has no parts."

这句话的实际意思是对于普通物质，中微子(弱相互作用)的散射截面比电子(电磁相互作用)的小。

QUOTE:

在量子层面，大部分的粒子的自旋都有“右手性”，唯有中微子是一个“左撇子”。

如果中微子的反粒子是它本身，中微子就是左右手都必须有的。标准模型里中微子是左手的，反中微子是右手的。

QUOTE:

中微子不会与其它物质“亲密接触”，但当撞入原子时会产生一定的信号

如果能量匹配，数量足够多的话

QUOTE:

这些探测器大都处于地下深处

错。只有需要屏蔽宇宙射线干扰的才建在地下。好玩的是中微子试验算是搭了地下实验室的顺风车，不用白不用。

QUOTE:

常见的探测器都需要大量的水或油，让中微子与这些水分子或油分子的电子和原子核发生反应，通过脉冲信号得到探测数据。

稍微有点偏离重点。大量用水或油的是因为透明(还便宜)，光信号能穿出来。

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#14

发表于 2011-10-10 13:55 资料短消息只看该作者

QUOTE:

光子应该也有质量，而这个“中微子”的质量应该比光子更趋于“0”

那到底什么是“0”，才是真真改研究研究的！

“光速最快”不是真理，“相对论”更加不是！

完全没有必要的空想

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#15

发表于 2011-10-10 21:55 资料个人空间短消息只看该作者

QUOTE:

原帖由 harp 于 2011-10-10 13:52 发表
电子现在的模型还是点粒子。

是指“电子没有结构”还是说“电子在空间上是一个点”？

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#16

发表于 2011-10-10 21:57 资料文集短消息只看该作者

对物理一知半解的人求解答：光速不变是相对论的基本假设，光速不可超越是基本假设还是推导出来的？在相对论体系中，光速不变是公理，是没办法推导证明的，那光速最大是公理还是定理？
我印象中老爱是在看到迈克尔逊的光速不随观测体系而改变的论文后闭关写的相对论，一直认为光速不变是相对论唯一的基本假设，其他结论都是推导出来的。
求科普。

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	harp

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#17

发表于 2011-10-11 00:36 资料短消息只看该作者

QUOTE:

是指“电子没有结构”还是说“电子在空间上是一个点”？

各种散射实验的结果中电子表现得就像是一个点，几何上说就是没有结构啦。不过半径还是可以根据作用力的强弱定义的。

QUOTE:

对物理一知半解的人求解答：光速不变是相对论的基本假设，光速不可超越是基本假设还是推导出来的？在相对论体系中，光速不变是公理，是没办法推导证明的，那光速最大是公理还是定理？
我印象中老爱是在看到迈克尔逊的光速不随观测体系而改变的论文后闭关写的相对论，一直认为光速不变是相对论唯一的基本假设，其他结论都是推导出来的。
求科普。

洛仑兹协变性是基本假设，它要求有个最大速度。在此假设下所有静止质量为零的粒子(包括光子)都必须以这个最大速度运动。

由于历史的原因这个假设最初是为电磁波提出的。电磁波即光子。

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#18

发表于 2011-10-12 00:38 资料个人空间短消息只看该作者

QUOTE:

原帖由 harp 于 2011-10-11 00:36 发表

各种散射实验的结果中电子表现得就像是一个点，几何上说就是没有结构啦。不过半径还是可以根据作用力的强弱定义的。

不解。能把电子固定住做散射实验吗？从来没有看到这方面的介绍。说它没有结构还是可以理解的。而且你又提到电子半径，就更糊涂了。

不解，非常不解。

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#19

发表于 2011-10-12 06:23 资料短消息只看该作者

QUOTE:

不解。能把电子固定住做散射实验吗

解释这个要稍微有点数学准备。

没必要把电子固定住。点粒子的特征是散射源(电荷)的分布呈Dirac函数，即在一点发散其余地方为零。这种空间分布在动量空间的傅立叶变换有特定的形式，表现为散射截面和入射动能的关系。实验上只要测量散射截面和能量的关系就可以反推出电荷分布。

不光是电子，强相互作用的源分布也是这么测出来的，于是才有了点粒子的夸克模型代替了原先的在核子内均匀分布的(果冻)模型。

QUOTE:

而且你又提到电子半径

半径有很多种，在不同的散射过程中大小也是不一样的。要看具体是如何定义的。如果按照电荷空间分布的定义，就是0。如果按照两个电子电磁力相互作用定义，就是无穷大。

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#20

发表于 2011-10-12 15:19 资料个人空间短消息只看该作者

电子在空间是几率分布的，不会固定在一点。散射时的源位置只能表现为几率分布。

这个又如何解释

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#21

发表于 2011-10-13 01:11 资料短消息只看该作者

QUOTE:

电子在空间是几率分布的，不会固定在一点。散射时的源位置只能表现为几率分布。

这个又如何解释

你看懂19楼了么，那个就是解释。

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#22

发表于 2011-10-13 15:16 资料短消息只看该作者

如果某些粒子可以在多维空间中跳跃的话，那岂不是很正常。

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#23

发表于 2011-10-13 17:13 资料文集短消息只看该作者

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原帖由 五袋石果 于 2011-10-10 21:57 发表
对物理一知半解的人求解答：光速不变是相对论的基本假设，光速不可超越是基本假设还是推导出来的？在相对论体系中，光速不变是公理，是没办法推导证明的，那光速最大是公理还是定理？
我印象中老爱是在看到迈克 ...

主要是人类是用光或者电磁波观测的。天体运动很多按照理论超过这个数值的。几何的三角公理是因为直线设定的要求。但是光速这个基本公理还是可以质疑的。

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#24

发表于 2011-10-14 00:34 资料个人空间短消息只看该作者

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原帖由 harp 于 2011-10-13 01:11 发表

你看懂19楼了么，那个就是解释。

DIRAC函数的傅立叶变化是常数，点源的散射有各向同性，

那么，导致各向同性散射的源就是点源？

是这个意思吧？

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#25

发表于 2011-10-14 00:53 资料短消息只看该作者

QUOTE:

天体运动很多按照理论超过这个数值的

没这回事。你说的这个是现象是因为天体在朝向地球方向有相对论性的速度，所以如果忘记径向运动，只看角度的话"好像"比光速快。

QUOTE:

DIRAC函数的傅立叶变化是常数，点源的散射有各向同性，

那么，导致各向同性散射的源就是点源？

是这个意思吧？

各向同性不是重点。完全搞懂要去学散射理论，高量或者X成像啥的都可以。[给个提示:动量空间中要用球坐标]

打个直观的比方，如果半径不是0，在距离短到一定程度(小于半径)的时候，散射截面就会明显偏离按照0半径计算的散射强度。小散射距离对应的是高的能量，即高能散射会出现偏差。这个偏差目前没有测量到，就是点粒子。

[ 本帖最后由 harp 于 2011-10-14 00:58 编辑 ]

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#26

发表于 2011-10-14 09:35 资料文集短消息只看该作者

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原帖由 harp 于 2011-10-14 00:53 发表

没这回事。你说的这个是现象是因为天体在朝向地球方向有相对论性的速度，所以如果忘记径向运动，只看角度的话"好像"比光速快。

各向同性不是重点。完全搞懂要去学散射理论，高量或者X成 ...

相对速度~~~~~~好像比光速快，本来就是相对论没解决的问题。速度本来就是相对的。要不然不会有“相对论”了。

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#27

发表于 2011-10-14 09:37 资料文集短消息只看该作者

当物体向我们高速运动，都会造成超光速“假象”。因为物体运动不仅会因为相对论效应而变慢，同时也会由于多普勒效应而“看起来”变快。

相对论是实时的效应，而多普勒是视觉的效应。为了求证到底是相对论的变慢明显还是多普勒的变快明显，还做了计算来对比，结果是多普勒明显，所以是变快了，就是说超光速只是视觉假象，也因此出现了光谱蓝移。

但是这个学说还是无法解决问题。重要的是人们是通过光或者电磁波观测物质的。

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#28

发表于 2011-10-14 09:42 资料文集短消息只看该作者

有人本来就提出悖论吧。
甲乙两个孪生兄弟。
甲以光速运行，然后以光速返回。结果乙比甲老，这个可能么？？

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#29

发表于 2011-10-14 09:43 资料文集短消息只看该作者

在物理学的研究中，人们提出过很多佯谬。提出佯谬的目的，是使所研究的问题尖锐化，以便于进一步把理论的基本概念搞清，或弄清逻辑论证中有什么错误，或隐含着什么样的假定，或者忽略了其它什么重要因素，等等。关于狭义相对论就曾提出过两个佯谬，即“双生子佯谬”和“爷孙佯谬”（即超光速运动所导致的时间倒流或因果颠倒问题）。“双生子佯谬”在狭义相对论推广到广义相对论后得到解决，“爷孙佯谬”将在本文所讨论的狭义相对论的进一步推广中得到解决。

一、双生子佯谬

设想有两个孪生兄弟甲和乙，甲乘飞船作太空旅行，乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飞船在极短的时间内加速到速度v （速度v 接近光速c ）。然后飞船以速度v 作匀速直线飞行，飞船飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度v 作匀速直线飞行。回到地面时紧急减速、降落，并与一直在地面上的乙会合。甲只在启动、调头、减速降落的三段时间内有加速度，其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行，处于狭义相对论适用的惯性系。

按照第一章由洛仑兹变换导出的运动的时钟变慢的关系式

其中，△t 为惯性系S 的一静止的时钟所走过的时间，△t/为相对于S 系以速度v 运动的惯性系S/的一静止的时钟走过的时间。

因甲启动、调头、减速降落的时间很短，如果略去这三段时间，则有

τ为甲乘飞船作太空飞行所度过的时间，T 为乙在地球上在甲乘飞船作太空飞行期间所度过的时间。即甲作高速太空旅行，返回时发现乙比甲变老了。

如果飞船速度非常接近光速c ，相对论效应就会非常明显，如若v = 0.9999c ，则T=70.71 τ。即如在这一对孪生兄弟20岁时，甲乘飞船作太空飞行，甲认为飞行时间只有一年，在其返回地面时，甲只有21岁，但他却发现乙却成了90多岁的老人了，亦即乙比甲年老了许多。

但是，以上情形还可以换另一个角度来考察。即对于乘坐太空飞船的甲来说，甲在飞船上静止不动，甲看到乙在极短的时间内朝相反的方向加速到速度v ，然后乙以速度v 作匀速直线飞行，乙飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度 v 作匀速直线飞行，在与甲会合时紧急减速。在甲看来，乙只在启动、调头、减速的三段时间内有加速度，其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行、亦处于狭义相对论适用的惯性系。因此，在甲看来，如果略去乙启动、调头、减速这三段时间（因这三段时间相对很短），在乙离开飞船期间，乙所度过的时间τ/ 与甲所度过的时间T/也应存在以下关系（狭义相对论一般将相对于静止系统作匀速直线运动的系统内静止的钟所走过的时间记为τ，称为该系统的原时）

这样，在甲乙会面时，甲比乙变老了。即如乙作匀速直线飞行的速度为v = 0.9999c ，在乙飞离甲一年后与甲会面时，乙只有21岁，但他却发现甲却成了90 多岁的老人了，亦即甲比乙年老了许多。

可见，从不同的角度分析其结论是不同的，而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了许多还是甲比乙年老了许多？还是两者都错了，二人应该一样年轻？这个命题就叫做“双生子佯谬”。

“双生子佯谬”使人们争论了很长时间，爱因斯坦在1918年专门写了一篇文章，以一个访问者和他本人问答的方式，说明了“双生子佯谬”的问题所在， “双生子佯谬”问题才告解决。

人们在讨论“双生子佯谬”问题时，无论从哪个角度考虑，总是为了应用狭义相对论，并认为启动、调头、减速这些过程的时间很短，所以将启动、调头、减速这些过程的时间给忽略了。但“双生子佯谬”问题的关键，恰恰是被忽略了的这些过程所引起的。

在按第一种观点考虑“双生子佯谬”问题时，乙留在地面等待甲，甲乘飞船作太空旅行，甲所乘坐的飞船在启动、调头、减速降落这些过程的加速、减速，都是相对于乙所在的惯性系而言的，所以这些过程没有什么附加的特殊效应，又因这些过程的时间都很短，所以可以将其忽略；而按第二种观点考虑“双生子佯谬”问题时，既认为甲及其所乘坐的飞船静止不动，乙在飞离甲及甲所乘坐的飞船时，乙在启动、调头、减速这些过程的加速、减速，是相对于甲所处的非惯性系而言的。按照广义相对论的等效原理，相当于考察乙的运动的参考系中有一个引力场，虽然甲和乙都处在这一引力场中，但因他们在引力场中所处的位置不同，因而引力场对他们的影响也就不同。在乙启动及减速降落时，甲和乙距离较近，他们的引力场势相差不大，引力场对他们时间的流逝的影响也相差不大，所以仍可将这部分较短的时间忽略。而在乙调头时，由于甲和乙的距离非常遥远，这时乙的引力场势远高于甲，它使乙的时间比甲流逝得要快的多，或者反过来说，它使甲的时间比乙流逝得要慢的多。这一影响超过了乙相对于甲匀速运动期间速度 v 对时间的影响，使乙飞行归来与甲会合时，乙仍然要比甲变老了。所以乙调头这一过程在考虑“双生子佯谬”问题时是不能忽略的。运用广义相对论进行计算的结果，是乙的时间τ/ 与甲所度过的时间T/也存在以下关系

或

即乙飞行归来与甲会合时，甲仍然是21岁，而乙是90多岁。

1966年，人们在实验中测得μ子绕圆形轨道高速运动时，其平均寿命比在地面上静止的μ子的平均寿命长。1971年，人们又观察到了放在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的原子钟走的慢的现象。这些实验证明了广义相对论的正确性，同时也证明了爱因斯坦关于“双生子佯谬”问题论证的正确性。

我觉得这个倒是应该重新考证。

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#30

发表于 2011-10-14 09:47 资料文集短消息只看该作者

我觉得广义相对论是有待论证的。他缺乏实验支持。另外实际上时间推论应该是不适用相对论的。
狭义相对论相对更可能接近真理，但是未必就是真理。

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