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今年春节,探测到引力波的报道成为重大科技新闻。美国的激光干涉引力波观测站LIGO公布了观察到GW150914引力波信号,频率在0.2秒内从35赫兹迅速增加到150赫兹。
LIGO其实是一个大尺度的迈克耳逊干涉仪(简称为M-M干涉仪),主要部分是两个互相垂直的长臂,每个臂长4000米,臂的末端悬挂着反射镜,在两臂交会处,从激光光源发出的光束被一分为二,分别进入互相垂直并保持超真空状态的两空心圆柱体内,然后被终端的镜面反射回原出发点,这样就会形成干涉条纹。如果有引力波通过,便会引起一臂的长度会略为变长,而另一臂的长度则略为缩短,这样就会造成光程差发生变化,激光干涉条纹就会发生相应的变化。 下图是LIGO的示意图。
一个世纪以前,美国科学家迈克耳逊为了逊检验双程光速是否不变,设计了这个光学干涉仪,实验结果促进爱因斯坦建立了狭义相对论。后来,迈克耳逊还做过不等臂的干涉实验。令人兴奋的是,大尺度的迈克耳逊干涉仪在现代探测引力波实验中大显神威。
非常有趣的是:去年我与复旦大学研究生廖康佳做过一个小尺度的电学的不等臂环路的M-M实验。通过实验,我们发现,在特定条件下,交流电速度可能超光速20倍。实验示意图如下:
图中显示了并联的二个RL电路。R1=R2 是1M欧姆的电阻,它们是示波器的输入阻抗。L1以及L2不是独立元件的电感。它们代表由单根导线总长度的电感。导线L1的长度为0.8米,L2的长度为6.8米
樊京博士在南阳理工学院的实验室重复了我们在复旦大学的实验。他评论说:首先要确定实验测量的正确性,然后再讨论理论解释的正确性。不能把两个讨论混为一谈。根据樊京的重复测量,他指出实验测量没有问题。现在示波器的时间分辨率可以轻松达到0.5 ns (纳秒)。有些人认为几十纳秒的时间差测不准,这是上个世纪的概念。樊京指出,实验结果和电路理论完全一致,这没有什么好奇怪的。电路理论可以明确计算电感和电容的相位移动,而我们实验中的相移是由于交变电信号通过一定长度导线的电感引起的,也就是说实验中测量到的时间差是由导线的电感引起的。 电路理论经过了上百年的无数次的验证,可以说是千真万确。有些人试图用传输线理论来涵盖电路理论,这是不正确的。
对于在实验室内的电路实验,研究电路的专家经常采用集总元件电路模型。集总元件电路模型不考虑导线长度,其实它隐含了一个假定:交变电信号在导线中的速度是无穷大。所以我们的实验结果表明,在特定条件下交变电信号在导线中的速度超光速20倍以上,这不仅是合理的,而且也是对集总元件电路模型的改进。
我们的实验结果虽然是可靠的,可是还需要更加多的条件试验以及理论讨论。目前我们关注的是这个实验效应的科学意义,还谈不上应用。我们希望与电路专家和电磁学专家一起共同研究,争取为电路理论以及物理学的发展提供新途径。
参考文献
[1]. “交流电速度可能超光速20倍”, 现代物理,Vol. 5,No. 6, 125-132 (Nov. 2015).
http://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=16335
[2]. 特定条件下的交流电速度可能超光速20倍, 杨兰报道
http://www.zgkjxww.com/kjxw/1453368152.html
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GMT+8, 2024-4-25 17:35
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