书城工业向宇宙进发
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第20章 飞向宇宙(7)

这一具有颠覆性的发现违背了爱因斯坦的狭义相对论:没有任何物质的运动速度可超越光速。如果该实验测试结果最终证实其正确性,那么狭义相对论及其建立的现代物理学基础理论将被彻底改写,我们对于时空观也要重新认识。

难道中微子超光速现象真的会对人类科学理论造成如此大的影响吗?

我们首先要对中微子有所了解,中微子是一种不带电的中性微小粒子,其尺度小于电子的百万分之一(电子的尺度为10002d00310035m)。1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量不守恒而提出的。中微子极小,几乎不与任何物质发生作用,但是中微子确实具备了极其微小的质量,对于任何拥有极微小质量的物体运动速度超越光速,我们目前都难以理解。

中微子的运行速度是由两地间的距离与经过这段距离所用时间的比值所得的平均速度。如果中微子实际所经历的路程比事先测量的距离短,那么即使中微子以低于光速运行,实测结果还是可以比光速快。问题根本原因不在于如何对实验过程及结果的正确测算,而在于中微子究竟以何种方式走过这段空间距离。

真空中虽空无一物,但是却存在着正负能量的微小起伏,使空间发生形变似的运动,这种特殊的运动有可能将三维空间与其他的维度空间相连通。如果粒子能够进入翘曲的空间,甚至是通过其他维度来走过旅程中的一段距离,那么它实际的行走路线和我们正常预设的三维空间内的轨迹在距离上就有了差异。粒子可以通过“捷径”来实现距离上的缩短。但是由于宇宙是由n维空间组成,在如今正常的三维空间X、Y和Z已经膨胀超过了137亿年,其余维度W却缩小到了无法观测到的程度来保证宇宙总体积Vn的不变。对于大尺度的物体,哪怕是质子、中子和电子的体积,均已超过W的尺度和正常空间由于正负能量微小起伏所造成翘曲的幅度,因此它们无法利用空间形变来获得运行过程中的“捷径”。

对于中微子来说,它的体积要小于电子的百万分之一,具体小到何种程度,人类目前还无法确定。它似乎要小于空间翘曲幅度,而这种幅度正是W开启的尺度。举一个计算机领域的例子说明:就像波长只有405nm的蓝光,才可以进入蓝光DVD进行数据读取,而波长650nm的红光则无法识别蓝光DVD内的信息,它只能读取普通DVD上的信息。

中微子可能正是进入了空间上由于能量起伏而开启的超维空间使运行距离缩短,同时中微子在运行的过程中质量会出现衰减,也会一定程度上影响到了空间的形状。我们当然无法长时间跟踪中微子,因为它的行踪是捉摸不定的,时而会隐藏在超维空间中。中微子具有质量,它惯性运行的速度不会超越光速,但是有超维空间的帮助使得它有时确实表现得比光速运行的还要快,这有可能是中微子“超光速”的真正原因。

人类对于中微子的研究在最近也有了重大的进展,2012年3月8日,大亚湾中微子实验国际合作组织在北京对外宣布:他们在实验中发现了新的中微子

振荡,并测量到了其振荡概率。我们目前所知的中微子共有三种类型,即电子中微子、μ中微子和τ中微子。它们在飞行中彼此可由一种类型转变成另一种类型,称为中微子振荡,三种中微子一共可形成三种振荡。人类在此之前已发现两种振荡,用来解释太阳发出的中微子失踪之谜和大气中的中微子反常现象,而新发现的中微子振荡可以揭示宇宙中物质与反物质不对称的现象。

空间运动假说

空间运动是空间正负能量变化而引起的空间形态变化,与空间内的物体的相对运动无关。物体本身具有质量,在平坦无形变的空间内只做惯性运动,因而表现为具有惯性,这就是牛顿第一定律所描述的。但是空间本身的运动是不依赖空间内物体惯性而单独表现,我们察觉不到。

通过观测空间内的物体,会发现物体不会严格遵守惯性的性质,因为它此时的运动是其本身惯性运动和空间形变运动共同叠加而形成的运动。空间运动能影响到物体正常的惯性表现,而物体拥有质量也一定程度上影响着空间的形态,这也是爱因斯坦广义相对论所描述的。

对于大尺度的物体,质量密度均很低,比如物质是由分子组成,分子又是由原子组成。分子的密度比原子低,而原子的密度又比原子核低,原子99%的质量都集中在原子核上。因此质量密度低的物质所造成的空间形变很小,空间运动施加在大尺度物体上的影响也就无法使我们察觉到,物体本身几乎呈现的还是惯性运动行为。

只有当物体尺度小到足够的程度,它所具有的质量密度影响的空间形变幅度与其体积相当。此时空间形变对其惯性运动可产生比较明显的影响,物体的运动就可能会出现类似于“超光速”现象,即不严格符合质量物体所具有的惯性特性。中微子在运行的过程中本身影响到了其通过的空间,空间被中微子质量影响产生形变,发生了空间运动,而影响到了中微子的惯性运动,使中微子在运行过程中表现为质量发生变化以及速度超越了极限。

物质和空间、质量与能量,在任何运动形式之中,都是这四者共同参与而形成的。

牛顿的运动三定律描述的是,静态平坦的空间内物体的惯性效应;爱因斯坦的广义相对论描述的是物体质量对静态空间的弯曲,如能考虑到粒子运动所经历的空间与粒子本身的质量和能量之间的相互作用,那么我们会对宇宙有更加全面的认识,能理解的不仅仅是中微子超光速现象。

科学家目前正在借助大型强子对撞击寻找上帝粒子,一种决定质量存在的希格斯粒子。这种粒子的信号如此微弱,以至于我们难以捕捉到它,难道物质的质量仅仅是被一种微小的粒子所控制?甚至宇宙其他相互作用,也归咎于某种粒子的存在?比如引力产生之谜,难道也是由引力子的原因?

其实这里我们可能都忽略了一个重要的因素,那就是所有物质所处在的空间,空间和物质复杂的联姻,才导致各种现象的产生。因为空间本身也是一种物质,研究空间的特性或许会比单纯地寻找一种粒子更有可能得到我们想要知道的奥秘。

我们希望人类能顺利地找到希格斯粒子。当然对于宇宙的认识我们要记住一种精髓,那就是要不断打破传统思想,采用全新的思考方式来理解我们接触到的事物。相对论创始人爱因斯坦提出的光速不变性,以及量子论之父普朗克提出的能量不连续性,让人类突破了传统经典物理学的理论,开启了人类在微观世界认识宇宙的全新时代。在新世纪我们更需要这种精神,能给我们描述一个全新的宇宙模型,让人类的思想上升到一个更高的台阶。

宇宙有着太多的奥秘,甚至我们永远也不得而知,但是人类无穷的智慧总是能够察觉深藏在其中的玄机。我们发现未知便义无反顾地去探索,直到弄清真相,这也是人类生存的永恒使命。不仅人类的思想要走得更远,人类的脚步更要踏遍广阔的宇宙空间;不管畅想未来有多么美好,还是要从现实的阶段出发,必竟人类对太空探索的历程还很短暂。在这条探索的道路上,应该收获更多的经验,来完善科学认识的发展规律,能够更好地促进人类认识宇宙,开发太空技术,最终使人类文明上升到全新的境界。