量子加速系统：我们发现了超光速粒子
量子加速系统：我们发现了超光速粒子最后，通过质速关系的方程M=m0\√ 1-V^2\c^2来进行计算，会发现物体一旦达到光速，质量会变得无穷大，因此就需要无穷大的推力才能让物体达到光速。再根据牛顿第二运动定律，物体的质量越大，获得加速度所需要的推力也就越大（物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比）。除此之外，还有不少文采飞扬的性情中人，一见到这句话便忍不住想给爱因斯坦赋诗一句：我信你个鬼，你个糟老头子坏得狠！坦白讲，这事儿我可不敢妄下断言，但就目前来看，不少理论预示着光速的确是极限速度。譬如著名的质能方程E=mc²表明了能量和质量是等价的，由此一来，物体因速度而产生的能量会导致它的质量增加，这意味着物体的运动速度越快，质量就会变得越大。
撰文 | 云风 ◈ 图源 | Internet
真空中的光速是宇宙中的极限速度，任何具有静质量的物质都无法达到或超过光速。
不管你信与不信，上面这句话你一定早已听得耳熟能详了。
许多人将其视为不可动摇的真理，也有人认为它只是爱因斯坦提出来的一种假设。
除此之外，还有不少文采飞扬的性情中人，一见到这句话便忍不住想给爱因斯坦赋诗一句：我信你个鬼，你个糟老头子坏得狠！
那么光速究竟是不是极限速度呢？坦白讲，这事儿我可不敢妄下断言，但就目前来看，不少理论预示着光速的确是极限速度。
譬如著名的质能方程E=mc²表明了能量和质量是等价的，由此一来，物体因速度而产生的能量会导致它的质量增加，这意味着物体的运动速度越快，质量就会变得越大。
再根据牛顿第二运动定律，物体的质量越大，获得加速度所需要的推力也就越大（物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比）。
最后，通过质速关系的方程M=m0\√ 1-V^2\c^2来进行计算，会发现物体一旦达到光速，质量会变得无穷大，因此就需要无穷大的推力才能让物体达到光速。
现实中显然不存在无穷大的推力，所以有静质量的物体无法达到光速，这就充分说明了光速为极限速度。
但尽管如此，它绝对不能被视作真理——任何科学理论都不能被视为真理；同时，它也并不是某一个人硬生生提出来的假设。
实际上，“光速为极限速度”是爱因斯坦从洛伦兹变换的公式中推导出来的结论，应该说是一个尚待验证的“理论预言”。
爱因斯坦蜡像 | 杜莎夫人蜡像馆
这一结论最早出现于《狭义相对论》的第十二个章节——“量杆和钟在运动时的行为”中。
从标题中我们就能窥探到这一章节的关键要素是“尺寸”和“时间”。
这跟光速为极限有什么关系呢？其实这一章节的篇幅短，统共只用了两页纸，但爱因斯坦在这一章中利用洛伦兹变换的公式，简单描述了狭义相对论的两大核心理论：
其一是“尺缩效应”，运动中的物体相对于其他惯性系的尺寸会变短。
其二是“钟慢效应”，运动中的物体相对于其他惯性系的时间会变慢。
也正是“尺缩”和“钟慢”这两大效应双双预示着同一个结果——光速为宇宙的极限速度，任何物体既无法达到也不可超越。
✎ | 从尺缩效应的角度来说，公式的计算结果表明任何物体一旦达到光速，相对于其他惯性系的尺寸将缩短为0，超过光速则为负值。
对此，爱因斯坦表示：
“由此的结论为：在相对论中，速度c的意义为极限速度，任何实在的物体既不能达到也不能超出它。”
✎ | 从钟慢效应的角度来说，公式的计算结果表明任何物体一旦达到光速，相对于其他惯性系的时间会降低为0，超过光速则为负值（负值就意味着时间在倒流）。
对此，爱因斯坦表示：
“速度c在此意义上也是一种不可达到的极限速度。”
值得一提的是，钟慢效应的推导结果，被大量人错误地理解成了爱因斯坦认为超光速旅行能让人回到过去，但从上面那两句爱因斯坦在《狭义相对论》中的描述，可以看出他并非这样理解的。
爱因斯坦的理解是：尺寸及时间为0或负数，这样的数值在数学公式中可以存在，却无法存在于现实中，所以光速是任何实际存在的物体即无法达到也无法超越的极限速度。
讲到这里，顺便插一句题外话：其实爱因斯坦一直相信“块状宇宙”的理论，认为过去、现在和未来本质上是一个整体，因此在他看来，时间旅行是不可行的。
将来有机会，咱们来讲一讲爱因斯坦和他的“块宇宙理论”，今天还是继续谈“光速极限”的话题。
爱因斯坦蜡像 | 沈阳黑根蜡像馆
其实严格来说，“光速为极限速度”的观点目前还没有任何现实证据的支撑，只有理论上的论证。唯一可以勉强视为“现实依据”的事情就是：迄今为止确实没有发现任何超过光速的情况。
当然，如果非要拧巴着认为“没发现不表示不存在”，那么这个结论就的确没有任何现实证据可言了。
但是从理智的角度来说，“没发现不表示不存在”这个“全屏AOE技能”可以秒杀掉世间一切科学理论，所以这样讲会有一种开挂耍流氓的感觉。
有趣的是，每当有人提到“目前没发现超光速现象”时，总是有人会搬出“中微子的速度超过了光速“来进行反驳。
不得不承认，8年前确实有研究小组公布过这样一个爆炸性的研究结果，它来自于一项检测中微子振荡现象的实验——“OPERA实验”。
OPERA实验的过程很简单：位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN），利用超级质子同步加速器（SPS），生成定向的μ子中微子束，让它们以光速飞向730公里之外的意大利大萨索山。
意大利格兰萨索国家实验室（GSNL）就位于大萨索山地下1400米深的地方，那些“打日内瓦来，往宇宙中去”的μ子中微子从安置于此的OPERA感测器中通过后，会留下检测痕迹，之后便“壮士一去不复还”了。
OPERA实验小组的研究人员则通过感测器的测量结果来研究这些匆匆而过的高能粒子。
μ子中微子也被称为渺子，是不参与强相互作用的费米子之一，符号为μ-，带-1的基本电荷及1/2的自旋，由美国物理学家利昂·M·莱德曼、梅尔文·施瓦茨和杰克·施泰因贝格尔，于1962年发现，他们也因此获得了1988年的诺贝尔物理学奖——但这不重要，大致了解一下即可。
重要的是，2011年的9月22日，OPERA实验小组公布了一个石破天惊的研究结论：
计算机显示，μ子中微子到达OPERA感测器的时间，比假设其以光速运动的时间提前了[60.7±6.9(统计)±7.4(系统)]ns。
不用说，上面那句话和这张图你肯定没看懂。
通俗来讲，就是OPERA实验小组的人员发现μ子中微子到达“终点”的时间，比预计中的时间提前了60.7纳秒，这一数据只存在±6.9的统计误差和±7.4的系统误差。
按照预计，μ子中微子应该是以光速运动的，而提前了60.7纳秒到达，则表明它的速度达到了299799911米/秒，这比真空中的光速299792458 米/秒，快了7453米/秒。
换言之：μ子中微子每秒钟大约能比光线多跑7.45公里！
这一发现简直非同小可，就连OPERA实验小组的领导者——安东尼奥·伊拉蒂塔托(Antonio Ereditato)本人也表示：“我们为此而感到震惊！”
可无论多么震惊，也并不妨碍他毅然决然地对外公布了这一测量数据，还自信满满地讲道：
“我们对实验结果非常有信心。我们一遍又一遍检查测量中所有可能出错的环节，却什么也没有发现。我们想请同行们独立核查。”
OPERA实验小组的实验结果一经发表，立刻在全世界引起了极大的轰动，不仅震惊了全球的物理学家，也成为了反对相对论的民科紧抓不放的“小辫子”——时至今日，还有不少有关“中微子超光速”的言论充斥在网上。
然而不知有意还是无意，许多声称中微子超光速的文章总是点到辄止，只四处传播这一研究数据，对事后的发展却绝口不提。
事实上，OPERA项目的实验结果刚一公布，就在物理学界引起了广泛的质疑和抨击，因为光速不可超越是现代科学理论的重要基础，所以几乎没有任何人胆敢认同这样的实验结果。
欧洲核子研究中心的资深理论物理学家约翰·埃利斯(John Ellis)教授质疑道：中微子的速度倘若真的超过了光速，那么“1987a”超新星发出的中微子脉冲，就应该比它发出的光提前数年到达地球，但在现实观测中，它们几乎是同时到达的（说几乎是由于光稍微领先一些）。
从这一点来说，现实观测并不支持OPERA实验小组的测量结果。
而更让OPERA实验小组大跌眼镜的是，短短2个月后，与他们共处于意大利大萨索山的另一个高能粒子研究团队——ICARUS实验小组，也在2011年10月和11月间探测到了从欧洲核子研究中心传送过来的μ子中微子。且他们的测量结果是：μ子中微子的速度趋近于光速，但低于光速。
拿ICARUS实验小组的领导者卡罗·鲁比亚（Carlo Rubbia）的原话来说：
“我们的测量结果与爱因斯坦假如活着会给出的结果是完全一致的。”
可见OPERA实验小组给出的数据，即不符合宇宙观测，也无法与其他团队的测量结果相吻合，所以该实验结果被公布之后，欧洲核子研究中心并未因此而感到激动人心，而是在努力地排查问题所在。
结果，就在OPERA实验小组公布该结论的5个月后——2012年的2月22日，美国科学促进会（AAAS）的网络杂志《Science Insider（科学内幕）》就发表了一篇报道，公布了调查结果：
欧洲核子研究中心已经找到了μ中微子在实验中“超光速”的原因所在——经过监测之后，他们发现从全球定位系统（GPS）接收器到电脑之间的光纤缆线，与电脑的集成电路卡连接不良，维修过后就再也没出现过μ子中微子“超光速”的情况了。
之后，本着“不冤枉好人”的严谨态度，研究人员又进行两个月的反复验证，然后在2012年的4月2日，彻底坐实了μ子中微子超光速实验数据为异常结果，OPERA实验团队的两位领导者也因此而引咎辞职了。
由此可见“中微子超光速”从头到尾就只是一个乌龙事件，并不是中微子真的超过了光速，而是光纤与网卡的接触不良，造成了60.7纳秒的测量误差。
当然，如果仅仅只是硬件问题导致测量结果出现误差，伊拉蒂塔托和奥蒂耶罗也不至于引咎辞职，真正令他们吞下恶果的原因是对待科学研究的态度极不严谨，在未经证实的情况下，随随便便就将错误的测量数据当成了真实有效的实验结论进行公开，甚至还拍着胸口表示“对实验结果非常有信心”。
自此之后，“中微子超光速”以及OPERA实验小组便成为了科学界的一大笑柄，欧洲核子研究中心的物理学家们还就此事编出了一个段子：
OPERA的实验结果不可能是正确的，因为它打破了自然界的一条基本法则：在意大利，没有任何事情是准时的。
这个段子其实包含两个意思：一是调侃意大利人不守时；二是调侃意大利人就连正式发表的科学研究数据都存在“网络延迟”。
这个网络延迟导致的测量误差，不仅打破了中微子超光速的希望，同时也意味着光速仍然是人类已知的极限速度，迄今为止我们还是没有发现任何超光速现象的存在。
换言之：就目前而言，阿尔伯特·爱因斯坦和他的《相对论》仍然还是正确的。
