快子是“子虚乌有”的吗?
快子,是指比光速运动得还快的粒子。我们已经知道,任何物体运动的速度都不能超过真空中的光速。现在冒出了个快子,速度比光速还快,这就等于抽掉了狭义相对论的基石,相对论大厦岂不就要摇摇欲坠了吗?看来要将快子归入正统的微观粒子家族,科学家们是不会答应的。
但是,根据狭义相对论,如果有一物体的速度超过光速会怎样呢?狭义相对论的方程告诉我们,这个物体的长度和质量,将不能用一般的实数来表示,而必须引进虚数。当时,人们就认为这是无法想象的,因此,断定这种东西是不可能存在的。但是,把不可想象的东西认为是不能存在的东西,也未免太武断了。
一些头脑灵活的科学家想到了快子。最先假定快子存在的是美国科学家比拉纽克和苏达珊,直到1967年,美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格才确定了快子在科学中的地位。他认为快子应该存在,只不过它具有负重力的性质,也就是它同我们这个宇宙中的物质不一样,并不是靠万有引力相互吸引,恰恰相反,而是相互排斥的。如果把我们的宇宙称作“慢宇宙”的话,那么,由快子构成的宇宙,则是“快宇宙”。光速是“慢宇宙”与“快宇宙”的分界线。在“快宇宙’中,会出现许许多多在“慢宇宙”中看来荒唐滑稽的事情。譬如,在“慢宇宙”中,不动的东西能量为零,一旦它获得能量,便会运动得越来越快,能量无限大时,它就以光速运动。但在“快宇宙”中,情况恰恰相反,如果快子的能量为零,它就以无限大速度运动,它得到的能量越大,跑得就越慢,当它得到能量为无限大时,快子的速度就降低到光速,请你注意,光速是快子最小的运动速度。在“慢宇宙”里,一个物体在任何条件下都不可能跑得比光快,而在“快宇宙”里,快子在任何条件下都不能跑得比光慢。
快子是不是真的存在呢?有什么迹象可以证明它的存在呢?科学家们认为,确实有可能存在一个并不违反爱因斯坦狭义相对论的“快宇宙”。而如果快子以超光速在真空中运动,那么必然会在飞过的地方留下一条发光的蓝尾巴,物理学家称它为“切伦科夫辐射’,因为这是由俄国物理学家巴维尔·切伦科夫在1934年报道的,所以就以他的名字来命名。后来,在1937年另外2位俄国物理学家伊利亚·弗兰克和伊戈尔·塔姆解释了这种现象,结果这3位科学家分享了1958午的诺贝尔物理学奖。现在,物理学家正在想方设法抓住快子这条发光的蓝尾巴,以此来证明它的存在。当然,人们要揪住这条尾巴也并不容易,因为快子的速度是惊人的,比光还要快几百万倍,用“一溜烟”、“稍纵即逝”这些字眼已经不能形容快于的快速程度了。一般情况下,当科学家发现它的蓝尾巴时,快子早就逃之夭夭,无影无踪了。
尽管有的科学家把快子描写得栩栩如生,有的科学家却把它视为子虚乌有。看来,只有找到了它,人类才能接受快子这位新朋友。