有关中微子问题专题之一(ND1)
2012-10-21 07:12:01
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                                   —中微子运动速度问题并未解决

                                                     作者  苟文俭

                                                ◎                             ◎

本文标题的符号“ND1”中的字母N、D,分别取自英文单词(Neutrino(中微子)、Dissertation(专题论文)的第一个字母,表示该文是有关中微子的专题论文的第一篇。

                               (一)

2011年9月22日,英国《Nature》杂志网站报道了一则震惊世界的新闻,说意大利的Gran Sasso实验室下属的OPERA小组发现,由CERN的粒子加速器发射的中微子运动超过了光速。对此的普遍舆论是:该结果直接否定了爱因斯坦创建的狭义相对论,意味着“时空隧道”将有可能实现,物理学将会因此被改写。

本系列文章所述的光速,均是指真空中光的传播速度,为恒定值,均用c表示。

接下来在理论物理学界,另外的普遍意见则是:OPERA小组的这个实验一定有问题。

首先,《参考消息》于去年11月23日转发了路透社的文章,说意大利Gran Sasso实验室的另一个ICARUS小组的科学家们认为:如果中微子超光速运动,即使超过光速一点点,运动非常短的距离,能量都会有极大消耗,由于实验记录到的中微子能量没有显著消耗,其特征与以光速运行的粒子特征相符,因此即可断定:中微子运动沒有超光速。

随后,新华社于今年2月23日在《欧洲科学家5月重新进行中微子超光速实验》中报道说,CERN中心主任发表公报称:去年9月OPERA小组测中微子超光速实验时,由于一根与GPS接收器相连的光缆没有接好,因此导致了测量偏差。

最后在今年6月8日,新华网在《科学家撤销中微子超光速实验结果》中再报道说:在日本京都市举行的第25届中微子物理学和天体物理学国际会议上,OPERA小组宣布了他们上月所做的实验结果表明,中微子速度与光速并未存在差距,决定撤销去年9月公布的“中微子超过光速”实验结果。该文章还报道说,在当天的会议上,来自欧洲CERN等机构的多个研究小组也公布了他们的实验结果,都证明中微子运动与光速没有明显差距。

对否定中微子的超光速运动,至此似乎已画上了句号。

(二)

我们常说的光子,即是一个电磁场量子,它也是一个能量子,只有能量,没有表现出可以被加速的惯性质量。这也是真空光速保持不变,并与光源运动状态无关的根源。但中微子则不同,它是可以有惯性质量的粒子。

对中微子,假定它的惯性质量为Δm,当它的运动速度v=c时,依据狭义相对论的运动质量公式M=M0[1-(v/c)^2]^(-1/2),由Δm构成的运动质量为无穷大。这当然不允许。

该事实明白无误地证明:有惯性质量的中微子运动绝不能等同于光的传播。 对此我们将在随后的《中微子运动速度问题专题之二(ND2)》做具体论述。

对狭义相对论表述的运动学规律,虽然在高能粒子现象中证明是对的,但如随后的《中微子运动速度问题专题之三(ND3)》所述,它并不具有普适性。由此自然的逻辑结论是:上述(一) 开头所述那些关于中微子超光速现象的普遍舆论,由于把狭义相对论作为了普适真理,都是想当然。另外如下所述,ICARUS小组那种否定中微子超光速的判断依据也毫无道理,并非科学结论。

1、现有物理学规律均不能直接用于描述超光速现象,说超光速运动粒子会剧烈消耗能量,实际只是一种主观臆断。

2、中微子超光速的能量仍是动能,消耗它必然有能量转换,依据力学规律,这就只能是其它力做了负功,但对超光速运动的中微子并无任何其它施力者及能量的转换。

(三)

对形成了惯性特性的物质,就称是惯性物质,其质量也就是我们常说的惯性质量,物理学中一般也称是静止质量或固有质量。

光子有能量,而能量本身又是物质的状态量,光子的能量就只能构成于它的物质,而这种物质又总是以持续转移的方式存在,因此对光子能量量度的物质就称是转移物质。

一切由存在物运动决定的动能,量度的物质实际也都是以持续转移的方式存在,因此也就都是转移物质。中微子能量量度的也即是它的转移物质。

真空中光速c是只有转移物质的转移速度,也称是物质的固有转移速度。设光子能量为E,由质能关系E=Mc^2就容易理解:光子也有由能量E量度的物质质量M=E/c^2,对此就称是光子转移物质的转移质量,以后就用Mt表示。

说光子质量为零,实际是指它具有惯性特性的惯性质量为零,它的物质仍可以用转移质量来量度。特别注意:(1)光子的转移质量Mˇt为测量值,它并不遵守狭义相对论规律,也说它是非相对论质量;(2)中微子的惯性质量Δm是相对论质量,转移质量Mˇt也是非相对论质量,它的总质量(Δm+Mˇt)也同样是非相对论质量。 

本文之所要定义转移物质与转移质量,是因为光子本身就是物质的,它存在的特殊性应当有特定的概念做描述。

定义转移物质与转移质量的重要意义还在于:由于真空光速量度的是物质转移的固有方式,而并非现实世界因果性的界线,这也就自然规避了把对狹义相对论依据的光速不变视为是现实世界因果性的界限。对此,随后的《(ND3)》将做进一步具体论述。

(四)

什么是惯性物质?什么又是转移物质?在作者创建的IV模型中,它们都源自真空态基元的物质元素a,相关的具体认识有如下几个结论【注】:

1、对组成粒子的基本单元就称是单元,用V表示,它来自真空,有真空态V与非真空态V这两类。每个真空态V都有一个物质元素a;每个V也都有nˇ0个用f表示的结构自由度。按自身固有方式存在的真空态V记为Vˇ0,它是一切V的唯一原始基态,有各向同性的完美对称性,称为Vˇ0对称(符号“ˇ”表示下标)。

2、真空涨落会发生Vˇ0对称破缺,将转变成有左、右手性的不对称真空态V,并可以有a在V之间发生转移。在宇宙真空的演化中,最终会产生出特殊的非真空态Vˇc,它的nˇ0个f因为都有多余a的可动性而实现了各向同性。

对在Vˇc的nˇ0个f实现了各向同性的多余a就记为aˇi。

3、-对左、右手性的单手性真空态V,它们个体在追求Vˇ0对称中要相互组织起来,形成的真空量子化单位用Q表示;这也就是现实真空的最小量子化单位。

左、右手性的单手性真空态V分别用Vˇnl与Vˇnr表示。

4、有静止质量的稳定粒子,都是Vˇc在nˇ0个f追求Vˇ0对称中、把相反手性V组织起来的最小V集团,它有如下两种多余a,就形成了粒子的两类不同物质质:

(1)在粒子V集团聚集的aˇi,它们在Vˇc实现的各向同性存在会使粒子以静止的方式存在,这就是由粒子静止质量量度的物质,它们在Vc实现的各向同性存在中就形成了物质惯性,成为了我们常说的惯性物质,以此为依据就可以测量到粒子的惯性质量。

 (2)当一些转移的a进入粒子的Vˇc冲击某个区域、在使Vˇc形变的同时也产生了粒子运动,就成为了粒子的转移物质;这种多余a记为aˇct,它们存在于Vˇc个体实现的Vˇ0对称中。

随后的《(ND2)》将指出:狭义相对论描述的运动物质, 是构成粒子静止的惯性物质aˇi、与构成粒子运动的转移物质aˇct的混合,也称是混合物质。有惯性质量的存在物运动速度,也即运动物质的速度,也就是混合物质存在的可转移程度的量度。

(五)

   由于狭义相对论描述是惯性物质与转移物质的混合,总结本文的论述进一步就容易有如下的合理结论:

1、对狭义相对论,以只有转移物质的光速不变为公理化前提,具有逻辑上的合理性。

2、对有惯性质量的中微子,决不可能以光速运动,只有惯性质量可以忽略不计的中微子,它的物质才会以固有方式转移,其运动速度也都必然与真空中的光速相等。

3、在日本京都市举行的第25届国际学术会议上,相关研究机构公布的结果是中微子运动与光速没有明显差距,这并不等于就证明了中微子运动速度就绝对等于光速。

4、要弄清楚中微子绝不等同于光的传播,首要问题就是要弄清楚中微子与光子到底是什么。 对此,当代粒子物理理论完全无从知晓。

因此,中微子运动速度问题,不论是实验测量或是理论认识,也都未获得解决。

中微子与光子是性质不同的粒子,它们的运动自然遵循不同的物理规律。认为中微子运动就一定等于光速,中微子超光速运动就证明狭义相对论错误,这不仅错误地把中微子等同于光子,如随后的《(ND2)》所述,也还严重地误读了狭义相对论。

【注】:IV模型的具体论述见专著《粒子及其质量计算》,该书苟文俭著,科学教育出版社2008年11月出版,相关的几个具体结论见第53、55、57、60至61页。

本专题系列文章中常见内容的参考文献,均省略了对它们的注释。

                                          完成于2012-10-18 

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