--- 信不信,由实验说话
20世纪初,世界著名的物理学家爱因斯坦提出了划时代的物理理论---相对论。100多年里,相对论不但开辟了物理理论研究的新纪元,还在很多领域尤其是天体物理学中得到重要的应用。21世纪以后,相对论仍是基础物理学界的研究热门,然而100多年以来,对于相对论的争论从来没有停止过。
作为狭义相对论的一个推论,光速是一切物质运动的极限。于是,超光速研究成为物理学研究中的一个禁区。 然而很多物理学家认为,量子力学与相对论很难协调。基本原因之一,量子力学具有非局域的特性,即允许有超光速的物理联系。
今年8月,中国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。量子领域的非局域加密技术的应用有望取得突破,相关的“超光速通讯”研究也备受关注。
张操教授研究超光速问题已经有50多年。张操认为,“非局域”的超光速物理作用,不仅仅在量子力学领域存在,并且在宏观世界也存在。例如,牛顿的万有引力作用就是一种“非局域”的物理作用。因为只要存在引力源,空间中就到处存在引力场。电学中的库仑场以及低频的交变电场也有类似的性质。张操教授与合作者在最近2年做了实验,实验结果表明:在特定的电路参数情况下,交流电的速度可以超过光速20倍以上。这就是说,交流电在金属导线中可以超光速传输信号和电能,这是一种非局域性效应!
出生于1942年的张操是美籍华人(英文名Tsao Chang)。在1980年,乘中国大地上的改革开放的春风,张操有幸得到了胡耀邦总书记的亲自关心,作为访问学者前往美国进修了近二年。回国几年后,他得到美国二个大学的邀请,作为客座教授去美国讲学,后来在美国 Alabama 大学从事空间物理研究。2013年,他曾经受聘为复旦大学现代物理研究所的外籍客座教授。现在是上海科技老年大学的客座教授。
在中国与美国,张操教授曾教授过电动力学,近代物理等课程,发表过研究论文三十多篇。张操最擅长的领域是超光速研究,在该领域的论文中,最早的是发表于1979年的《A New Approach to Study the Superluminal Motion》,中文译名《超光速运动的新途径》。文中介绍了一种推广伽利略变换的时间,当采用这种时间定义时,在任何惯性系观测到超光速粒子的运动,其时间箭头都是正向的。这样,就克服了超光速理论中时间倒演的困难。在1985年的一次国际学术会议上,他预言了中微子是超光速粒子。在2000年,他与复旦大学资深教授倪光炯合作研究了超光速中微子的量子方程。
经过几十年的研究,张操在超光速研究上又有了重大的实验突破。去年2月份,张操与复旦大学研究生廖康佳以及樊京博士在开源期刊《现代物理》上发表了论文“导线中交流电场时间延迟的测定”。后来他们又发表了三篇论文。张操与廖康佳在去年11月的《现代物理》上发表的最新论文的主标题是:“交流电速度可能超光速20倍”。
根据实验结果,张操指出:交流电源产生的电动势在电路内产生了交变电势差以及纵向电场。 交变电场在金属导线内带动了电子运动,产生了电流和电功率。交流电(功率)的速度不是常数,它与电路参数相关。在大多数情况下,交流电的速度是低于光速的。但是在特定的电路参数情况下,交流电的速度可以超过光速20倍以上。这就是说,交流电在金属导线中可以超光速传输信号和电能,而光速并不是一切物质运动的极限。
张操的结论是由实验获得的。关于实验的方法,他表示:“这个实验很简单,而且优点是实验结果很稳定、容易重复。” 同时,他指出了实验的几个特定条件。
首先,由单根漆包铜线构成回路,单根漆包线的总长度小于10米;其次,构成电路回路的线间尺度小于3米,导线间的分布电容可以忽略;再次,选用交变电信号的工作频率小于2MHz。工作频率越低,效果越好。最后,电路中采用大电阻,微电流。接收端的电阻为1MΩ,所以电路的阻抗严重不匹配。
“正是在上述特定的条件下,我们的实验发现了低频电信号在导线中的传播速度超过光速20倍。” 张操介绍说,人类虽然天天在使用各种电路的电器,可是对于低频电信号在导线中传播速度的研究很缺乏。他认为,纵向交变电场在金属导线中可能超光速传输信号和能量,这是物理理论中被长期忽视的解。电路中的交变电场信号既不是电磁横波,也不是纵波。交变电场信号和电能是导线中每一部分的电场带动电子在进行“纵向同步震荡”。 也就是说,这是一种非局域性效应!
在美国的陆绮博士为这个实验绘画了很好的示意图: