关于超光速问题思考.doc

? 2 6?内江师范学院学报 J 0 U RN A L 0 F N E I J I ANG TEACH E R S COLLEGE第19卷第4期 No. 4 Vol. 19关于“超光速 问题思考 谢实 崇（内江师范学院物理学与电子信息工程系，四川内江6 4 11 1 2 ）摘要：介绍了“超光速理论的由来；简介了“超光速F开究的现状；给出了既 “超光速”乂不违背狭义相对 论的例证。关健词：超光速；群速度；相速度；狭义 相对论 屮圈分类号：0 4 4 2； P 1 4 5、8文献标识码：A文章编号：1671 - 1 7 8 5 （ 2 0 0 4 ） 0 4 — 0 0 2 6 — 0 4在冃前的本科物理教学屮，我们认 为“超光速是不可能实现的，是与狭义相对论矛盾的；而自二十世纪末期，欧、美 国家掀起了一般“超高速研究热，认为在一定条件下“超光速可能实现，而且在国 际国内的权威刊物上还不断介绍高规格的“超光速试验。这就不能不引起我们的困 惑：一方面狭义相对论是 经过实践检验的客观规律，不能动摇；另一方面“超光速 研究的成果涌现，不容忽视。本人认为“超光速问题涉及到许多概念，应将电磁理 论、量子力学、狭义相对论与天体物理结合起来思考，才会对“超光速”问题的理解 有所帮助。1光速 光、即可见光，M a x w e 1 1电磁理论和II e r t z试验证 明了光是电磁波，是波长范围在0. 4x10 —s?0. 7 5 X10叫mZ间的电 磁波7 3；由量子力学嘲，光具有双重性；光即是波（电磁波），乂是粒子（光子）， 具有波动性与粒子性，即具有波一粒二象性。1. 1光速c定义为光子的瞬时 速率y—擊塞一等（1）在惯性系中，在空间某点处光子移动分的距离与移动此 距离所需时间出Z比，当出趋于零时的极 限。光在真空中的传播速率为c 一一兰 = =3. o x 1 0 8 m / s （ 2 ） d￡o卢o 1 . 2光波的群速度与相速度设波 沿2方向传播，任一时刻波列的方程为，3 3 “（2, f ）- I o f （七）〃…一鶴。 4志=c 9 （ 2 , f ） 〃“小一，矿，（3 ） J ★ 0 —m 其中出s= 2 mo ）警钺， 垂一[（装址一 z ] △五。可见f （ 2 , f ）是单色波〃一啦，的振幅，而（ooM— 是。2）是其位相。当中的值不断增大吋，警经过一系列 极大值和极小值。其极大 和极小的值随国的增大而减小,这时波的行为基木集中在一定范围Z内，叫做 波包。 波的群速度 收稿日期：2 0 0 4 - 0 5 — 2 5作者简介:谢实崇（】9 4 7 —）.男, 四川荣县人，内江师范学院教授。 万方数据 2 0 0 4年8月谢实崇：关于。超光速”问题思考。Z 1,，门=警=（蓑）“） 反映整个波包在空间移动的快慢，也是能量传播的速度。相因子（s—七0 2 ）反 映了波包位相变化的情况，是时间、空间的函数；相应的速度即为相速度n—字 （5 ）应注意到只有出现两个以上波的叠加时，才有群速度与相速度Z分。在介质 中有点：竺，2 （6） C若介质是非色散的，则折射率咒是常数，与频率叫无关, y o 一装一詈，y, —詈=詈，则n = y,相速与群速相等。若介质是色散性质 的，则n—（装）=詈+磕（詈）这时相速度与群速度不相等。2超光速不可能 的理论依据E i n s t e i门在其著名论文“论动体的电动力学,，中早就有过论断： “超光速没有存在的可能[-0我们知 道，作为用狭义相对论理论基础的L o r e n t z变换III。?￡一口 z / c 2扭丽者莠?Z — 口 ￡ z 2丽丽y —为当u Vf时，则它以Ga 1 i 1 i o变换为近似，回到经典力学的范畴。这是一个非 常重要的性质，在这范围内，牛顿力学和G a 1 i 1 i。变换都被大量的实事证明 是可靠的；若口〉f ,由于Lorentz变换的分母为/ 1?u 2 / c 2变换式 将出现复数，这是没有意义的，所以狭义相对论认为，任何物体的速度不能超过光 速，口是在任何惯性系中静止的观测者所看到的物体相对丁?他的速度。2. 1运 动学角度论证超光速不可能由于时间流动的单向性，因果关系不允许颠倒，为此 我们把两事件可能有因果关系的含义数字化[6],若事件户可能是事件g的因, 须存在一种信号（传播速度为“），它在事件户发生时亥0 f,,从当地z,发出, 在信号传至z Q后才有事件q的发生，即两事件的时间差不小于信号在其间传播所 需的时间，如一 f。2毯‘II这是夕与q有因果联系的必耍条件。而时序可以颠倒 的条件由I。o r e n t z变换可得 扩f , V暑（气一s可知要使有因果联系的 事件P与q发生时序颠倒必有111＞苦。注意到I。o r e n t z变