●快子——偷尝爱因斯坦伊甸园的禁果

更新于 2026年10月10日 版权声明
●快子——偷尝爱因斯坦伊甸园的禁果

20世纪60年代美国哥伦比亚大学教授范伯格首先作了偷吃超光速禁果的尝试。他利用首先提出此概念所享有的命名权,根据将他设想的超光速粒子命名为 “飞快的粒子”被译为 “快子”。范伯格设想,狭义相对论根据洛仑兹变换研究具有静止质量为实数但非零的物质粒子,其运动速度可以足够接近光速,但不可达到光速,更不可超过光速。只有静止质量为零的粒子才可能达到光的运动速度,但如果宇宙中存在着具有虚数静止质量的粒子,那么这种粒子一旦产生,就只能以超过光速的速度运动。在超光速条件下洛仑兹转换出现的虚数恰好与快子虚质量中的虚数相消,因此表现的其他物理量都成了实数表示的物理量。但快子的物理性质是独特的,当然首先是它从出现到消失始终只能以超光速运动,与通常亚光速运动物质相反,当其运动速度增加时,粒子所具有的动能反而减小;而速度逐渐减小到光速时,动能变为无穷大。因此,快子是以光速为下限,而通常物质粒子是以光速为上限。

由于快子的设想,完全是遵从狭义相对论的时空框架,因此尽管快子可以出现但它摆脱不了破坏爱因斯坦的因果关系的罪责!如果这点先放下不管,那么,只有看实验和观测中能否真的发现快子啦。

从量子场论观点,范伯格给出了一种无相互作用,无自旋的超光速粒子的量子场。按此理论当具有足够高能量的粒子发生碰撞时,可能出现快子。而快子出现的自然位置之一自然是在产生它的源附近。一些物理学家认为,放射性β衰变就可能是这种源。于是在斯德哥尔摩诺贝尔研究所的两位物理学家在1963~1965年进行了广泛的实验,他们用强铥170β源试图通过它来观测一种能激发出快子的奇异电子,但它们并没有得到禁果。人们利用高能加速器和各种天然放射性的高能射线轰击不同的物质,也没有发现快子的踪迹。

科学家们也曾想到当宇宙射线爆所出现的强高能粒子的簇射流和大气发生碰撞时,或许也能产生快子,在1970~1974年虽经过不少物理学家的努力,但仍以失败告终。

不知是哪条毒蛇引诱范伯格教授妄图去偷尝爱因斯坦伊甸园的禁果?或许是因为不成功而相反更证明了爱因斯坦的圣经的不可动摇。因此范伯格教授不仅没受到惩罚,也没有被逐出伊甸园。相反还有美国得克萨斯大学的教授G. 苏达山认为,有几个原因还必须继续研究快子。(https://www.daowen.com)

首先,他认为研究快子可回答一系列关于粒子物理、大气物理、宇宙学方面的问题。其次数学分析与物理理论是一致的,因此数学上能成立的东西,往往最后总是能得到物理实验的证实的。他还用反粒子的发现为例说,当初狄拉克指出带正电荷的类电子粒子可能存在时,许多科学家都谴责这种想法;但在1932年C. 安德逊却发现了正电子。此后,狄拉克理论再也无人怀疑。……类似地,苏达山认为总有一天会发现快子。他还指出,快子不断出现在物理学家每天使用的数学和理论中。例如,1970年提出的超弦理论,它是一种试图把宇宙中四种相互作用力 (强相互作用力、电磁力、弱相互作用力和引力)统一起来的理论,目前已较为广泛地为理论物理学家接受,而快子就在弦理论中不断出现。而目前最流行的做法就是把出现的快子视为 “鬼粒子”,如何去掉这类鬼粒子,成了理论正确的基本判据。

图示

宇宙射线的高能粒子与大气碰撞时产生的簇射

这里顺便提一下,尽管狄拉克理论是量子力学和狭义相对论相结合的最早成功的物理理论,但爱因斯坦本人对狄拉克理论是不相信的。在1926年8月21日给索默菲的信中说:“海森伯 狄拉克的理论我固然不得不钦佩,但我却闻不到真理的气味。”狄拉克方程是在1928年初发表的,但不论在1928年还是后来的任何时候爱因斯坦从来没有推举过狄拉克获取诺贝尔奖。在量子力学的奠基人中他只推举过薛定谔和海森堡获取该奖。

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